حل عددی نیمرخ طولی سطح آب در سد سنگریزه‌ای همگن در شرایط توزیع فشار غیر هیدرواستاتیک

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دکتری سازه‌های آبی، گروه مهندسی آبیاری و آبادانی، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه تهران

2 استاد گروه مهندسی آبیاری و آبادانی، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه تهران

3 دانشگاه یاسوج

چکیده

استفاده از سنگریزه‌ها در طراحی سازه‌های آبی نظیر سدهای سنگریزه‌ای، با توجه به ملاحظات زیست محیطی روز به روز رو به افزایش است. مطابق مبانی هیدرویکی، با افزایش شیب سطح آب و بستر و یا ایجاد انحنای قابل ملاحظه در خطوط جریان، توزیع فشار عمودی از حالت هیدرواستاتیک خارج می‌شود. در نتیجه در محیط‌های متخلخل سنگریزه‌ای به دلیل افت شدید انرژی و اختلاف زیاد بین تراز آب بالادست و پایین دست محیط، توزیع فشار از نوع غیر هیدرواستاتیک مورد انتظار است. در این تحقیق با استفاده از رابطۀ نحوه توزیع فشار غیر هیدرواستاتیک، معادله انرژی و با در نظر گرفتن رابطۀ افت اصطکاکی در محیط های سنگریزه‌ای، یک رابطه برای تعیین نیمرخ طولی سطح آب در داخل سدهای سنگریزه‌ای ارائه شده است. به منظور بررسی صحت معادله، نتایج حاصل از آزمایش‌های انجام شده در آزمایشگاه هیدرولیک گروه آبیاری و آبادانی دانشکده کشاورزی دانشگاه تهران بر روی یک سد سنگریزه‌ای همگن متشکل از مصالح سنگریزه‌ای رودخانه‌ای گرد گوشه با قطر متوسط 68/1، 27/2، 07/4 و 84/4 سانتی‌متر و در دو طول سد سنگریزه‌ای 50 و 100 سانتی‌متر، مورد استفاده قرار گرفت. حل عددی معادله معرف تغییرات سطح آزاد جریان در داخل سد سنگریزه‌ای و مقایسه نتایج با مقادیر آزمایشگاهی نشان می‌دهد که مدل به خوبی قادر به محاسبه نیمرخ طولی سطح آب سدهای سنگریزه‌ای در دبی‌های کم و زیاد است. تحلیل آماری نتایج نشان می‌دهد که میانگین خطای نسبی حاصل از کاربرد رابطۀ ارائه شده در این تحقیق، برابر 96/3 درصد می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Numerical solution of free surface flow in homogeneous rockill dam under non-hydrostatic pressure distribution condition

نویسندگان [English]

  • Amir Gord-Noshahri 1
  • Ebrahim Amiri Tokaldany 2
  • Mohammad Sedghi Asl 3
1 PhD of hydraulic structures, Dept. of Irrigataion and Reclamation Engineering, Faculty of Agriculture and Engineering Technology, University College of Agriculture and Natural Resources, University of Tehran, Karaj, Iran
2 Full Professor, Dept. of Irrigataion and Reclamation Engineering, Faculty of Agriculture and Engineering Technology, University College of Agriculture and Natural Resources, University of Tehran, Karaj, Iran
3 yasooj university
چکیده [English]

Numerical solution of free surface flow in homogeneous rockill dam under non-hydrostatic pressure distribution condition

Abstract

Due to environmental considerations, application of rockfill in the design of hydraulic structures, such as rockfill dams is increased. According to hydraulic principles, increasing of water surface and bed slope as well as significant curvature of streamlines lead to deviation from hydrostatic pressure distribution. Therefore, because of severe energy loss and big difference between upstream and downstream water surface elevation in rockfill porous media, pressure distribution is expected to be non-hydrostatic. In this study, using the distribution of non-hydrostatic pressure, the energy equation and considering the quadratic form of friction loss for non-Darcy flows, the equation representing the longitudinal profile of the water surface inside the rockfill dam is presented. In order to check the accuracy of this equation, experiments on homogeneous rockfill dams consisting of round river materials with average diameters of 1.68, 2.27, 4.07 and 4.84 cm and in two lengths of dams (50 and 100 cm), have been done in the hydraulic laboratory of the department of Irrigation and Reclamation Engineering, University of Tehran. Numerical solution of the equation representing the free surface flow inside the rockfill dam in comparison with the laboratory observations show that the equation is well able to calculate the longitudinal profile of the surface water in rockfill dams at low and high discharges. Statistical analysis of the results shows that the average relative error of estimates is 3.96%.

کلیدواژه‌ها [English]

  • rockfill dam
  • non-Darcy flow
  • longitudinal profile of water surface
  • non-hydrostatic pressure distribution