بررسی آزمایشگاهی نقش رسوبات غیرچسبنده و مخلوط رسوبات در جریان بر ضخامت بهینه‌ سد تأخیری پاره‌سنگی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار بخش مهندسی آب، دانشگاه شیراز- شیراز،

2 استادیار، گروه مهندسی آّب، دانشگاه شیراز

چکیده

از دیرباز، سیلاب و روش­های مهار آن جهت حداقل­سازی خطرات و کاهش خسارات مالی و جانی وارده به بشر و طبیعت مورد توجه بوده است. سدهای تأخیری پاره­سنگی از جمله روش­های سازه­ای در راستای مهار سیلاب می­باشند که با کاهش دبی پیک سیلاب و به تأخیر انداختن زمان آن، خسارات سیل را در پایین­دست کمتر می­کنند. به­منظور طراحی رضایت­بخش این سدها، لازم است که وضعیت عبور رسوب از بدنه و ضخامت بهینه­ آن مشخص باشد. ضخامتی از سد تأخیری پاره­سنگی که از لحاظ اقتصادی به صرفه بوده و بیشترین مقدار کاهش را در دبی پیک سیلاب و کمترین میزان افزایش را در زمان تداوم آن ایجاد کند، ضخامت بهینه نامیده می­شود. بدین منظور، آزمایشاتی بر روی یک محیط متخلخل شبیه­سازی شده در آزمایشگاه هیدرولیک رسوب دانشگاه شیراز انجام گرفت. سپس با استفاده از برنامه احتمالی مونت کارلو در تحلیل نتایج آزمایشگاهی، درصد احتمال عبور رسوب از بدنه متخلخل نمونه سد در هر حالت از آزمایش حاصل گردید. بر اساس نتایج، هنگام استفاده از مخلوط رسوبات چسبنده و غیرچسبنده در جریان، ضخامت بهینه­ سد 7 تا 8 برابر قطر سنگدانه­های 2 سانتی‌متری به کار­رفته در بدنه بدست آمد که در این حالت، قطر متوسط رسوبات غیرچسبنده­ موجود در مخلوط رسوبات، 6/0 میلی‌متر بوده است؛ حال­آنکه در زمان استفاده از رسوبات غیرچسبنده­ با قطر 2/0 میلی‌متر در جریان، ضخامت بهینه 7 برابر اندازه سنگدانه­ها با قطر 5 سانتی‌متر در محیط متخلخل گردید.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Experimental Investigation of Non-Cohesive and Mixed Sediment Effects on Optimum Thickness of Detention Rockfill Dams

نویسندگان [English]

  • Nafise Khorramshokouh 1
  • Mohammadali Zomorodian 2
1 Graduated M.Sc. of hydraulic structures, water engineering department, Shiraz University
2 Zomorodian, Shiraz/ Water engineering;
چکیده [English]

From ancient times, flood and its mitigation methods have been important to human in order to reduce damages threatening people and nature. Detention rockfill dams which are from the structural methods can control the flood risks in downstream by decreasing the maximum discharge of the flood and increasing the total time of its hydrograph. In order to have an efficient design of these dams, the important conditions of sediment transportation through dam body and also the optimum thickness of the dam should be known. The optimum thickness of detention rockfill dam leads into the maximum reduction in flood peak discharge and also causes the increment of flood duration to get minimized. To find this optimum thickness, some experiments were done on a simulated porous media in a lab. Then, the experimental results were utilized in Monte Carlo probabilistic method in order to find the percentage of sediment transportation probability. Results depict that by using mixed sediment with non-cohesive mean diameter of 0.6 mm within the water flow, optimum thickness would be 7 to 8 times greater than the rockfills with mean diameter of 2 cm in the dam body; while using non-cohesive sediment with mean diameter of 0.2 mm in the flow causes the optimum thickness of the detention rockfill dam to be 7 times greater than body rockfills with diameter of 5 cm.

کلیدواژه‌ها [English]

  • detention rockfill dam
  • mixed cohesive and non-cohesive sediments
  • Monte Carlo probabilistic method
  • optimum thickness

خرم­شکوه، ن. 1391. ضخامت بهینه و ظرفیت انتقال مخلوط رسوبات چسبنده و غیرچسبنده در سدهای تأخیری پاره­سنگی. پایان­نامه کارشناسی ارشد سازه­های آبی به راهنمایی دکتر زمردیان، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شیراز، شیراز.

زمردیان، م. ع. و م. زاهد. 1385. بهینه­سازی ضخامت سدهای پاره­سنگی با روش احتمالی مونت­کارلو. هفتمین سمینار بین­المللی مهندسی رودخانه، بهمن ماه، اهواز. 

زمردیان، م. ع. و م. زاهد. 1390. بررسی آزمایشگاهی هیدروگراف خروجی از سد پاره‌سنگی با مقطع مستطیلی. مجله پژوهش آب ایران، شهرکرد: دانشگاه شهرکرد، دوره 5، شماره 8، ص. 88-81.

زمردیان، م. ع. و م. فتحی گلاب. 1382. بهینه­سازی ضخامت فیلتر سد ایزدخواست با استفاده از روش احتمالی مونت­کارلو. مجموعه مقالات چهارمین کنفرانس هیدرولیک ایران، آبان ماه، ص.961-953. 

نادری پیکام، م. 1391. توسعه مدل ریاضی دو بعدی برای جریان در سدهای پاره­سنگی با مصالح غیر همگن. پایان­نامه کارشناسی ارشد سازه­های آبی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران.

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

King, F. H., 1898. Principles and conditions of the movement of groundwater. U.S. Geol. Survey, 91th. Ann. Report, Part 2, pp. 59-294 as in Swartzendruber, D., 1962. non-Darcy flow behavior in liquid-saturated porous media. Journal of Geophysical Research, 67(13): 5206.

Leps, T. M. 1973.Flow through rockfill embankment dam engineering casagrande .Edited Bschfeld R.C. and Poulos, S.J. John Wiley & Sons, PP.87-107.

Ostad-Ali-Askari, K. and M. Shayannejad. 2015. Usage of rockfill dams in the HEC-RAS software for the purpose of controlling floods. American Journal of Fluid Dynamics, 5(1): 23-29.

Samani, J. M. V., H. M. V. Samani. and M. Shayannejad. 2004. Reservoir routing with outflow through rockfill dams. Journal of Hydraulic Research, 42(4): 435-439.

Thauvin, F. and K. K. Mohanty. 1998. Network modeling of non-Darcy flow through porous media. Transport in Porous Media, 31(1):19-37.

Wilkins, J. K. 1956. Flow of water through rockfill and Its application to the design of dam. Proceedings of the second Australian New Zealand conference on soil mechanic and foundation engineering, pp. 141-149.

Zeng, Z., R.Grigg. 2006. A Criterion for non-Darcy flow in porous media. Transport Porous Media, 63: 57-69.