بررسی عددی جریان از درون سد پاره‌سنگی دولایه

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه سازه های آبی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تربیت مدرس،تهران، ایران

10.22059/ijswr.2021.299431.668543

چکیده

سدهای پاره­سنگی لایه­ای با چیدمان لایه­های عمودی یا افقی نوعی از سدهای پاره­سنگی ناهمگن هستند که برای کنترل سیلاب استفاده می­شوند. در تحقیق حاضر یک مدل عددی دوبعدی، برای بررسی جریان عبوری از درون سد پاره­سنگی دولایه تهیه شده است. پس از صحت سنجی مدل چهار حالت مختلف از سد دولایه با چیدمان­های افقی و عمودی در نظر گرفته شد و با طرح چند سری آزمایش، دبی عبوری از هر سد ارزیابی شد. با انجام بررسی­ها مشخص شد چیدمان افقی لایه­ها که در آن لایه ریزتر در پایین قرار دارد نسبت به سایر حالت­ها کمترین مقدار دبی عبوری را دارد. همچنین با انجام آنالیز حساسیت نسبت به قطر سنگدانه­های هر لایه مشخص شد در سد با لایه­های افقی هر یک سانتی­متر تغییر در قطر سنگدانه­های لایه پایینی، 96/9درصد تغییر در دبی را ایجاد می­کند در حالیکه تغییر دبی ایجاد شده به ازای تغییر سنگدانه­های لایه بالایی تنها 52/4 درصد بود. در چیدمان عمودی نیز به ازای هر یک سانتی­متر تغییر در قطر سنگدانه­های لایه­ای که در سمت بالادست جریان است دبی عبوری 72/11 درصد تغییر می­کند. این تغییر برای سنگدانه­های لایه­ای که در سمت پایین دست جریان است برابر با 04/12 درصد می­باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Numerical Investigation of Flow through Two Layered Rockfill Dam

نویسندگان [English]

  • Kolsoom Hasanvand
  • Jsmsl Mohammad Vali Samani
Department of Water Structure Engineering, Faculty of Agriculture, Tarbiat Modares University.Tehran,Iran
چکیده [English]

Horizontal layered dams and vertical layered dams are two types of the heterogeneous rock fill dams which can are employed by many engineers for attenuation of peak discharge of flood hydrograph. In this study a two dimensional (2D) computer model has been developed to investigate the flow through two layered rock fill dams. After development of the computer model, its validation has been confirmed using experimental data. Then a series of experiments have been designed to evaluate the flow discharge through two layered rock fill dams. In these experiments, four cases of layered dam have been investigated. The results of this study indicate that in the horizontal two layered dams when the lower layer is made of the finer grained rocks, the flow discharge is less than the other arrangments. Also, in order to demonstrate the model sensitivity to grain size in each layer, a sensitivity analysis has been conducted. Also, the results indicate that in the horizontal tow layered dam for each centimeter change in the rock size of the lower layer, flow discharge changes 9.96 percent, while each centimeter change in the rock size of the top layer leads to only 4.52 percent change in the discharge. In the vertical two layered dam, for each centimeter change in the rock size of the upstream and downstream layers, the flow discharge changes 11.72 and 12.04 percent, respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Rockfill dam
  • Heterogeneous dams
  • Finite Volume Method
  • Two layered dam
Ferdos, F. and Dargahi, B., (2016a). "A study of turbulent flow in largescale porous media at high Reynolds numbers". Part I:numerical validation. Journal of  Hydraulics Research, 54, pp.663–677.
Ferdos, F. and Dargahi, B. (2016b). "A study of turbulent flow in largescale porous media at high Reynolds numbers". Part II: flow physics. Journal of  Hydraulics Research, 54, pp.678–691.
Forchheimer, P. H. (1901). "Wasserbewegun durch Boden" Zeitschrift dse vereinest Deutscher Ingenieure. 49, pp.1736 – 1749 and 50, pp.1781 – 1788
Hiller, PH., Aberle, J. and Lia, L. (2018)." Displacements as failure origin of placed riprap on steep slopes". Journal of  Hydraulics Research, 56(2).pp. 141– 155.
Houben, G.J., Wachenhausen, J.and Morel, C.R.G. (2018). "Effects of ageing on the hydraulics of water wells and the influence of non-Darcy flow". Hydrogeology Journal. 26(4), pp. 1285–1294 .
Li, Z., Wan, J., Huang, K., Chang, W. and He, Y. (2017). "Effects of particle diameter on flow characteristics in sand columns". International Journal of. Heat Mass Transfer. 104,pp. 533–536 .
Li, Z., Wan, J., Zhan, H., Cheng, X., Chang, W.and Huang, K. (2019). "Particle size distribution on Forchheimer flow and transition of flow regimes in porous media". Journal of Hydrology. 574,pp. 1–11 .
Samani, H. M. V., Samani, J. M. V. and Shayannejad, M.( 2003). "Reservoirrouting using steady and unsteady flow through rockfill dams" Journal of Hydraulic Engineering, 129(6),pp. 448–454.
Samani, J. M. V., Samani, H. M. V. and Shaiannejad, M. (2004). "Reservoir Routing with outflow through rockfill dams" IAHR Journal of Hydraulic Research, 42(4),pp. 435-439.
Samani, J. M. V., Moknatian, M. and Heidari, M. (2013). "Two-dimentional multi-rockfill detention dam flow model in reservoir routing" Engineering and Computational Mechanics166(EM2),pp. 59-67.
Shayannejad, M. and Ashjazadeh, S. ( 2014). "A hydraulic investigation of flow through a two-layered rockfill dam using an experimental model" International Bulletin of Water Resources and Development, 3(6), pp. XVII-XIX.
Stephenson, D. (1979). "Rockfill in Hydraulic Engineering" Elsevier Scientific, Amsterdam.
Wang, L., Li, Y., Zhao, G., Chen, N.and Xu, Y.(2019). "Experimental investigation of flow characteristics in porous media at low Reynolds numbers (Re → 0) under different constant hydraulic heads". Water 11(11), 2317.
Wilkins, J. (1956). "Flow of water through rockfill and its application to the design of dams" Paper presented at the 2nd Australia New Zealand Conference on soil Mechanics And Fundation Engineering, Christchurch, New Zealand.