تحقیق با موضوع هیدرولیک، علوم تجربی، رسوب معلق

دانلود پایان نامه ارشد

سيلاب‌دشتها، سازه‌هاي مسير) و همچنين مشخصات جریان مانند تعداد پروفيل‌هاي مورد محاسبه، شرايط مختلف مرزي مانند رابطه دبي- اشل و اتصالات بودند. پس از وارد کردن دادههای مقطع عرضی، سازههای هیدرولیکی به مدل اضافه میشوند که در این مطالعه سازهای در محدوده و بازه مطالعاتی وجود نداشت.
3-8- وارد کردن دادههای جریان و شرایط مرزی
پس از وارد کردن دادههای هندسی، دادههای جریان ماندگار با رژیم جریان مختلط (زیر بحرانی و فوق بحرانی) در نظر گرفته شد که ضمن آن شرایط مرزی در بالا و پایین دست جریان برای آن معرفی شد.
در قسمت جریان ماندگار برای تعیین نحوه محاسبه انتقال در سواحل رودخانه از گزینه Conveyance Calculation در برنامه استفاده شد، که دارای دو گزینه میباشد. در این مطالعه ازگزینه اول که به برنامه دستور میدهد پیرامون مرطوب و سطح مقطع بین قسمتهایی که دارای مقادیرn مختلف میباشند را با یکدیگر جمع نموده و سپس مقدار انتقال را در این موقعیتها محاسبه کند. در قسمت تعیین معادله شیب اصطکاکی از میان 6 روش موجود از روش انتقال متوسط استفاده شده است.
برای محاسبه تلورانس نیز تنظیمات لازم جهت کاهش خطاهای محاسباتی، محاسبه تراز سطح آب به صورت منطقی و تعیین تعداد حداکثر تکرارهای برنامه در هنگام برقراری تعادل سطح آب صورت گرفت. جهت محاسبه عمق بحرانی در کلیه موقعیتها از روشParabolic Method استفاده شد که دارای قابلیت یافتن یک حداقل بر روی منحنی انرژی را دارا بوده و سریع میباشد.
در سری جریان غیر ماندگار میتوان منحنی سنجه آب را به عنوان شرایط مرزی در پایین دست مورد استفاده قرار داد. منحنی سنجه آب در پایین دست یک رابطه مقداری ساده است. هیدروگراف اشل بهعنوان شرایط مرزی پایین دست استفاده شد که شبیه هیدروگراف جریان میباشد، و شرايط مرزي به منظور مدلسازي بازه مورد مطالعه در بالادست عمق نرمال استفاده شده است. در اين روش مدل براي محاسبه عمق نرمال جریان از شيب خط انرژي استفاده ميكند.
3-9- ورود دادههای رسوب
برای اجرای محاسبات انتقال رسوب در نرمافزار HEC-RAS از 6 رابطه محاسبه بارکل استفاده میشود( ایکرز-وایت19، یانگ20، توفالتی21، لارسن22، مایر- پیتر- مولر23، انگلند- هانسن24). در این پنجره عمق لایه فعال، دانهبندی مواد بستری و رسوب معلق اندازهگیری شده در ایستگاه هیدرومتری کشکان پلدختر که به صورت تن در روز محاسبه شدهاند وارد شدند.
در نرمافزار HEC RAS برای برآورد انتقال رسوب از 6 معادله استفاده میکند که انتقال رسوب و نتیجه آن به معادله انتخاب شده وابسته است. همچنین هر روش اندازه بافت و شرایط هیدرولیکی خاص دارد.معادلات انتقال رسوب دارای درجات مختلفی در علوم تجربی و تئوری میباشد. بسياری از آنها در حالت تئوری با استفاده از ضرایب تجربی دارای نتایج مناسب و شایستهای میباشد. این ضرایب نشاندهنده گرایش مرکزی مربوط به دادههاست ولی محل دقیق آن را نشان نمیدهد. مثلا در فرمول Laursen باید میزان تنش برشی بحرانی مشخص باشد، يا در فرمول Ackers-White باید آستانه پیوستگی (A) مشخص شود. وجود قابل توجه ذرات ریز در جريان آب میتواند باعث حرکت ذرات درشت نیز شود در نتیجه میزان تنش برشی بحرانی کاهش میيابد.
3-9-2 دانهبندی مواد بستری
پس از برداشت دانهبندی مواد بستری دادههای آن بر اساس شکل (3-3) وارد نرمافزار HEC RAS 4.1 میشوند.

شکل(3-3)-تعریف کلاسهای دانهبندی در نرمافزار HEC-RAS
در پنجره انتقال رسوب معادلات انتقال رسوب، روش کاهش سرعت، رسوب و درجه به هم پیوستگی ذرات در هر مقطع مشخص میشود. که در اینجا مقاطعی که دانهبندی از آن برداشت شده مشخص و بقیه مقاطع درونیابی به وسیله خود نرمافزار انجام شد. محاسبات انتقال رسوب بهوسیله معادلات بستگی به معادله انتخاب شده دارد که به علت روش استفاده از دانهبندی و شرایط هیدرولیکی در هر روش میباشد. در مرتب کردن روشها لایههای فعال و غیر فعال که به صورت عمودی هستند مشخص میشوند.
3-9-3 بررسی معادلات انتقال رسوب و انتخاب معادله مناسب
تاکنون معادلات مختلفی براي تعیین بارکل توسط محققین و متخصصین مسایل رسوب ارائه شده است که در زیر به معرفی معادلات متداول پرداخته می شود.
3-9-3-1 روش توفالتی25
این روش کاملاٌ تجربی و برمبنای دادههای زیاد صحرایی استوار میباشد. در این روش نیاز به وارد کردن دادههایی چون عرض کف کانال، سرعت متوسط، درجه حرارت برحسب فارنهایت، شیب، ولایه بندی و چگالی مواد بستر میباشد. در سیستم باید ابتدا سیستم نرمافزار را به انگلیسی تغییر داد. در این روش ابتدا منحنی دانهبندی مواد به چند قسمت تقسیم میشود سپس با توجه به قطر میانه آن غلظت محاسبه میشود.
برای منطقه پایین یعنی حالتی که2D_siy≤R/11.24،
C_i=C_Li (y/R)^(-0.756zi) (8)
برای منطقه میانی یعنی حالتی کهR/11.24y≤R/2.5،
C_i=C_Mi (y/R)^(-zi) (9)
و برای منطقه بالا یعنی حالتی که R/2.5y≤R،
C_i=C_(U.j) (y/R)^(-1.5zi) (10)
در روابط بالا y عبارتست از عمق جریان از کف، R شعاع هیدرولیکی، و عبارتست از:
zi=(ω_(i ) V)/(C_z RS) (11)
که در آن ω_(i ) سرعت سقوط ذره به قطرD_si، V سرعت متوسط جریان، S شیب کانال ، I.j منطقه پایینی، Miمنطقه میانی، U.j منطقه بالایی میباشد. C_z فاکتوری است که به درجه حرارت بستگی دارد و برابر است با:
C_Z=260.67-0.667 T (12)
که در آن Tدرجه حرارت و برحسب فارنهایت میباشد. چنانچه مقدار zi کمتر از n_v شد در آن صورت مقدار zi برابرn_v 1.5 انتخاب میشود.
n_v=0.1198+0.00048T (13)
میزان بار معلق در منطقه پایین توسط توفالتی و بر مبنای دادههای صحرایی به شرح زیر برآورد شده است.
q_sLi=(0.600P_i)/(((T_T AK_4)⁄V^2 )^(5/3) (D_si⁄0.00058)^(5/3) ) (14)
که در آنq_sLi عبارتست از میزان بار معلق مواد رسوبی ذرات به اندازه D_siدر منطقه پایینی برحسب تن در روز در هر فوت عرض کانال، D_siبرحسب فوت،P_i عبارتست از درصدی از مواد بستر که شامل اندازه D_si میباشد. مقدارT_T با ضرایب درجه حرارت برابر است با:
T_T=1.10(0.051+0.0009 T) (15)
K_4 و Aضریب اصلاحی میباشند که از شکل بدست میآید.
توفالتی همچنین رابطه زیر را برای توزیع پروفیل سرعت ارائه کرد:
v=(1+n_v )V(y/R)^(n_v ) (16)
بدین ترتیب مقدار کل مواد بستر که در رودخانه حرکت میکند از رابطه زیر محاسبه خواهد شد:
q_T=(np_i q_Ti)/100 (17)
که در آن n تعداد تقسیماتی است که منحنی دانهبندی تقسیم شده است. q_Ti مقدار کل بار مواد بستر بوده که از رابطه زیر محاسبه میشود:
q_Ti=q_si+q_bi (18)
که در آن q_bi مقدار بار بستر و q_si مقدار بار معلق میباشد.
3-9-3-2 روش انگلند -هانسن26
انگلند و هانسن در سال 1972 با بهکارگیری نظریه توان جريان بگنولد ( وجود رابطهای بین میزان رسوب و اتلاف انرژی جريان) روش جدیدی برای برآورد میزان انتقال بار کل یا مواد بستر ارائه نمودند. این معادله ساده، صریح و از لحاظ ابعادی همگن بوده و تابعی از سرعت متوسط جريان، شیب سطح آب، شعاع هیدرولیکی، قطر متوسط مخلوط مواد بستر و دانسیته نسبی ذرات رسوب میباشد و برای برآورد بار کل به کار میرود. معادله انگلند- هانسن براي تعیین بارکل به صورت زیر ارائه شده است
q_st/[〖g(G_s-1)d〗^3 ]^0.5 =(0.13γV^2)/sh F_s^2.5 (19)

Q_st=8.64bq_(st ) (20)

که در این رابطه qst بار کل در واحد عرض (نیوتن در ثانیه در متر)، b عرض مجزا (متر) و Qst بارکل(تن در روز) میباشد. g شتاب ثقل)متر در مجذور ثانیه(،τ تنش برشی جريان (نیوتن بر متر مربع) که از رابطه τ=γRS تعیین میشود که γ وزن مخصوص آب (نیوتن بر متر مکعب) و R شعاع هیدرولیکی است. Fs عدد شیلدز که از رابطهF_s=τ/γ(G_s-1)d تعیین میشود، d قطر دانه ها ي مواد بستر(میلیمتر) ، γوزن مخصوص آب (نیوتن بر مترمکعب)، h متوسط عمق جريان (متر )، D50 قطر مينگین دانههای رسوبی ، S شیب رودخانه ي شیب خط انرژي ، Gs چگالی دانه هاي رسوب (معمولا برابر با 65/2 ) میباشد.
3-9-3-3 روش مایر – پیتر مولر27
معادله مایر – پیتر – مولر براساس بررسیهاي آزمایشگاهی و مطالعات میدانی به صورت زیر ارائه شده است(22، 39):
q_b/[g(G_s ) d^3 ]^0.5 =8[(n ́/n)^1.5 F_S-0.047]^1.5 (21)

که در این رابطه qb: بار بستر در واحد عرض (متر مکعب در ثانیه در متر)، g شتاب ثقل (متر در مجذور ثانیه)، Fs عدد شیلدز که از رابطهF_s=τ/γ(G_s-1)d تعیین میشود. n’ / n فاکتور رپل نامیده می شود که در آن n’ ضریب مانینگ دانه ها ي بستر وn ضریب مانینگ بستر می باشد. مقدارn’ از رابطه زیر بدست ميآید:
n’=0.034(d90)1/6 (22)
مقدار n نیز از معادله مانینگ و يا به روش تخمینی کارشناسی با استفاده از شکل ها و جداول ارائه شده در مراجع مختلف تعیین می گردد. d90 در رابطه بالا قطر نظیر 90 درصد ریزتر وزنی مواد رسوبی بستر می باشد (بر حسب متر ) بقیه پارامترها قبلا تعریف شدهاند. این فرمول در رودخانههایی استفاده میشود که دارای بار معلق کمی میباشند.
3-9-3-4 روش ایکرز – وایت28
ایکرز و وایت در سال 1973 با استفاده از مزیتهای آنالیز ابعادی و توجه به خصوصيت فیزیکی جريان مخلوط آب و رسوب یکی از رایجترین فرمولهای انتقال بار کل را ارئه کردند. آنها متغیرهای مهم هیدرولیکی جريان و اندازه رسوب را به سه پارامتر بیبعد قطر ذره بی بعد Dgr، عدد سیلان بیبعد Fgrو انتقال رسوب بیبعد Ggr تبدیل کردند.
روش ایکرز – وایت براي تعیین بارکل به صورت زیر ارائه شده است(Culberston, 1967، Janse., 1983):
C_st=(G_s d)/h (V/U_* )^n G_gr (23)
G_gr=k(F_gr/A-1)^m (24)
F_gr=(U_*^n)/[g(G_s-1)d]^0.5 [V/(√32 log 10h/d)]^(1-n) (25)

d_gr=d[g(G_s-1)/V^2 ]^(1/3) (26)
در صورتی که محدوده 60 ≥ 1d_grباشد مقادیر A، mn، k عبارتند از:
n=1.00-0.56 log⁡〖d_gr 〗

A=0.23d_gr^(-0.5)+0.14

m=9.66/d_gr +1.34
log⁡〖k=2.86 logd_gr 〗-(logd_gr )^2-3.53
برای حالتی که 60d_gr باشد مقادیر پارامترهای معادلات عبارتند از:
K=0.025 و m=1.5 و A=0.17 و n=0

در روابط فوق Cst غلظت وزنی بار کل و بقیه پارامترها قبلا تعریف شدهاند.
بار کل(Qst) برحسب تن در روز از رابطه زیر بهدست ميآید:
Q_st=8.64×〖10〗^4 Q_d C_(st

پایان نامه
Previous Entries تحقیق با موضوع هیدرولیک، دبی جریان، منحنی سنجه رسوب Next Entries تحقیق با موضوع هیدرولیک، ضریب همبستگی، درخت تصمیم