عنوان پایان‌نامه
مدل سازی آزمایشگاهی و عددی تغییرات تراز رسوب در مخزن ناشی از جریان شکست سد بر روی بستر فرسایش پذیر
- رشته تحصیلی
- مهندسی عمران - سازه‌های هیدرولیکی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1920;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 62547
- تاریخ دفاع
- ۱۲ اسفند ۱۳۹۲
- دانشجو
- سحر حدادیان
- استاد راهنما
- مسعود منتظری نمین
- چکیده
- با توجه به حجم عظیم آب ذخیره شده در پشت سدهای بزرگ، حفظ تاسیسات و مناطق پایین¬دست سد در اثر سیل ناشی از شکست آن، لازم و ضروری می¬باشد. برآورد حجم سیلاب خروجی ناشی از شکست سد، محاسبه میزان دبی حداکثر و زمان وقوع آن، تعیین مقدار سرعت، ارتفاع و قدرت تخریب آب در پایین¬دست، مسائل مورد بحث از نظر طراحان و مهندسین مشاور می¬باشد. به منظور درک بهتر پدیده شکست سد، بررسی نتایج مدل¬های فیزیکی و آزمایشگاهی بسیار سودمند می-باشد. بدین منظور، در این تحقیق به بررسی نتایج یک سری آزمایش¬ها در مقیاس کوچک، با هدف مطالعه گسترش امواج ناشی از شکست سد بر روی بستر دانه¬ای متحرک پرداخته شده است. آزمایش¬ها در یک فلوم آزمایشگاهی ایده¬آل مجهز به دریچه متحرک به سمت بالا انجام شده و ماسه با دانه¬بندی یکنواخت، به عنوان مصالح بستر مورد استفاده قرار گرفته است. حالت¬های متفاوت تراز آب بالادست و پایین¬دست، تراز¬های متفاوت بستر اولیه، شیب¬ها و درصدهای تراکم متفاوت برای بستر فرسایش¬پذیر و صلب بررسی شده¬اند. فرایند شکست سد توسط دوربین¬های فیلمبرداری از نمای جانبی تصویربرداری شده و نتایج آزمایش¬ها، شامل بررسی پیشروی موج حاصله، تراز لحظه¬ای سطح آب، پروفیل طولی تراز سطح آب، تغییرات مورفولوژیک و حجم رسوب خروجی می¬باشد. همچنین به منظور صحت¬سنجی نتایج مدل آزمایشگاهی، مدل عددی در محیط برنامه نویسی Fortran 90، تهیه شده است. در این مدل برای حل معادلات هیدرولیکی شکست سد، معادلات یک بعدی جریان (معادلات سن ونان) به کمک روش HLL منقطع شده است. همچنین برای مدلسازی فرآیند حمل رسوب و محاسبه تغییرات تراز بستر قابل ¬فرسایش نسبت به زمان نیز، از حل همزمان معادله پیوستگی جریان رسوب (معادله زنر) و روابط نیمه تجربی حمل رسوب استفاده شده است. در محاسبات حمل رسوب از روش بگنولد برای تعیین بار معلق و میزان بار بستر کمک گرفته شده است. همخوانی نتایج حاصل از مدل عددی و آزمایشگاهی تاییدی بر عملکرد مطلوب مدل می¬باشد.
- Abstract
- Considering the massive volume of water stored at dam reservoirs, it is essential to protect the downstream areas against a dam break flood. The estimation of flood water amount caused by dam-break, maximum discharge calculation and its occurrence time, depth and destruction power of the flood water in downstream areas are the issues that excessively considered by designers and engineers. In order to thorough understanding of the dam-break phenomenon, deliberating the results of physical and experimental models is very beneficial. Accordingly, the purpose of this research is to make the experimental and numerical model of the event regarding movable bed. The present study documents a series of small-scale laboratory experiments of dam-break waves propagating over loose granular beds. Experiments were carried out in a dedicated flume equipped with a fast upward-moving gate. Graded sand was used as a bed material. Besides, different water and bed levels, various bed compactions and slopes were investigated. Dam-break process was imaged through the transparent sidewalls with fast digital cameras. Results encompasses the evaluation of wave progress, water level changes, water level profiles, morphological changes and volume of transported sediment. Furthermore, the accuracy of experimental model is verified by performing several tests on numerical model programmed In FORTRAN 90. The hydraulic equations of the dam-break are modeled by one-dimensional flow equations (st.venant equations) which have solved using HLL explicit method. The total variation for modeling sediment transport and calculation of bed level variation vs. time was calculated by solving the sediment flow continuity equations (Exner equation) and semi-empirical sediment transport equations simultaneously. Bagnold method was used for determination of suspended and bed-load respectively. The results confirm good performance of the aforementioned model.
