نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه محقق اردبیلی

2 دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی عمران- مدیریت منابع آب، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه محقق اردبیلی

3 مربی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علوم دریایی امام خمینی (ره)

چکیده

فرو ریختن ناگهانی یک سد که در پشت آن مقادیر عظیمی آب نگهداری می‌شود، باعث می‌گردد که به تاسیسات پایین‌دست از قبیل نیروگاه‌ها، مناطق مسکونی، تاسیسات شهری و تاسیسات کشاورزی و غیره خسارات مالی وارد شود. در صورتیکه در پایین‌دست سد، مناطق مسکونی وجود داشته باشد، علاوه بر خسارات مالی، خسارات جانی نیز به بار می‌آید. هدف این مطالعه، بررسی عددی تاثیر همزمان شکل هندسی مخزن در پلان و شیب کف آن بر روی الگو و چگونگی حرکت موج سیلابی ناشی از شکست سد می‌باشد. بستر پایین‌دست دریچه بصورت خشک در نظر گرفته شده است. خصوصیات جریان ناشی از شکست سد در دو مخزن با شکل‌های هندسی طویل و عریض و شیب‌های کف‌ 2%، 3.5% و 5% مورد بررسی و مقایسه قرار گرفته است. مدل‌سازی‌های انجام شده به صورت سه بعدی و با استفاده از نرم‌افزار Flow3D صورت پذیرفته است. نتایج بدست آمده بیانگر آن است که در مخزن عریض با افزایش شیب کف مخزن، تراز سطح آب در پایین‌دست و بالادست سد تفاوت چندانی نمی‌کند ولی نوسانات شدید سطح آب در مخزن عریض در تمامی شیب‌ها در پایین‌دست دریچه مشاهده می‌شود. دلیل این نوسانات می‌تواند ناشی از شکل مخزن باشد. در مخزن طویل و در نقاط بالادست دریچه، با افزایش شیب کف مخزن تراز سطح آب در حال کاهش بوده و کمترین تراز سطح آب برای شیب کف 5% حاصل شده است. در نقاط پایین دست دریچه در مخزن طویل، با افرایش شیب کف مخزن، تراز سطح آب در حال کاهش بوده و با گذشت زمان و در حدود هفت ثانیه بعد از باز شدن دریچه، افت تراز سطح آب برای شیب‌های 3.5% و 5% بیشتر از شیب‌های دیگر اتفاق افتاده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Investigating the Effects of the Slope of the Reservoir Bottom on Characteristics of the Flood waves due to Dam Break in Downstream Dry Bed condition

نویسندگان [English]

  • A Feizi 1
  • A Asadpour Ardabili 2
  • A Askarian khoob 3

1 Assistant professor, Technical and Engineering Faculty, Department of Civil Engineering, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran

2 Master of Engineering and Water Resources Management student, Technical and Engineering Faculty, Department of Civil Engineering, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran

3 IranianNavy

چکیده [English]

The purpose of this study is numerical investigation of the simultaneous effect of reservoir geometric shape on the plan and its slope on the model as well as the flood wave fluctuates due to dam break. The downstream bed is considered as dry. Characteristics of flow due to dam break in two reservoirs are studied and compared under long and wide geometric shapes and reservoir bottom slopes of 0%, 2%, 3.5% and 5%. The modeling is carried out in 3D mode using Flow3D software. The results indicate that in the wide reservoir with increasing the slope of the reservoir bottom, the water level is not significantly different in the downstream and upstream of the dam, but severe variations of the water level is observed in the wide reservoir at all slopes at the downstream of the gate. The reason for these variations can be due to the shape of the tank because surges occur after the sudden opening of the gate while these waves are dissipated over the reservoir in the long reservoir. In the long reservoir and at the upstream points of the gate the level water is decreased by increasing the slope of the reservoir bottom and the lowest water level is observed for the slope of 5%. At the downstream points of the gate in the long reservoir the water level decreases with the increase in the reservoir slope and over time at t=7s the loss of water level drop for slopes of 3.5% and 5% is more than other slopes.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Dam Break
  • 3D Numerical Modeling
  • Flow3D Software
  • Reservoir Shape
  • Reservoir Slope

]1 [امیر حشمتی‌فر، امیرحسین روح‌ زمین، امیر محمودی انزابی، "مدل‌سازی آزمایشگاهی پدیده شکست سد و مقایسه پاسخ‌های آزمایشگاهی"، نهمین سمپوزیوم پیشرفت‌های علوم و تکنولوژی، موسسه آموزش عالی خاوران، مشهد، ایران، 27 آذرماه، 1393.

[2] Karakaya, K., Numerical Simulation Of The Kirazlikopru Dam Failure On The Gokirmak River, M.Sc.Thesis, The Graduate School Of Natural And Applied Science, Middle East University, 2005.

[3] Fraccarollo, L. and Toro, E. F. “Experimental and Numerical Assessment of the Shallow Water Model for Two Dimensional Dam Break Type Problems”, Journal of Hydraulic Research. Vol.33, No.6, pp.843-864, 1995.

[4] Mireishige, E. and Akiyama, J., “Numerical and Experimental Study of Two-Dimensional Flood Flows with and without Structures”, Journal of Hydraulic Engineering, Vol.129, No.10, pp.817-821, 2003.

 [5] Soares-Frazao, S., and Zech, Y., “Dam Break in Channels with 90 Bend”, Journal of Hydraulic Engineering, Vol.128, No.11, pp.956-968, 2002.

[6] Bellos. C.V, Soulis. J.V, and Sakkas. J.G, “Experimental Investigation of Two Dimensional Dam-Break Induced Flows”, Journal of Hydraulic Research. Vol.33, No.6, pp.843-864, 1992

[7] Zhang. H., Hassanzadeh, Y., Long. N.D and Kahawita. R., “A 1-D Numerical Model Applied to Dam-Break Flows on Dry beds”, Journal of Hydraulic Research, Vol.30, No.2, pp. 211-224, 1992.

[8] Hassanzadeh.Y, "Rapidly Varied Unsteady Flow in a Small-Scale Dry Bed Model", International Journal of Engineering. Vol.10, No.1, pp.1-10, 1997.

[9] Xue,Y., Xu, W. L., Luo, S. J., Chen, H. Y., and Li. N, “Experimental Study of Dam Break Flow in Cascade Reservoirs with Steep Bottom Slope”, Journal of Hydrodynamics, Vol.23, No.4, pp.491-497, 2011.

]10[ آناهیتا جوزدانی، عبدالرضا کبیری سامانی، "کاربرد روش پردازش تصاویر در تحلیل رفتار سیلاب ناشی از شکست سد"، نهمین کنفرانس هیدرولیک ایران، دانشگاه تربیت‌ مدرس، تهران، 1389.

[11] Feizi, A., Tahershamsi, A., and Soares- Frazao. S, “Experimental Investigation of Reservoir Geometry Effect on Dam-Break Flow”, Journal of Hydraulic Research, Vol.50, No.4, pp.376-387, 2012.

[12] Petaccia, G., Leporati, F., and Torti, E., “OpenMP and CUDA Simulations of Sella Zerbino Dam Break on Unstructured Grids”, Journal of Computational Geosciences. Vol.20, No.5, pp.1123-1132, 2016.

[13] Javadian, M., Kaveh, R., and Mahmoodinasab, F., “A Study on Experimental Model of Dam Break Problem and Comparison Experimental Results with Analytical Solution of Saint-Venant Equations”, International Journal of Advanced Biotechnology and Research. Vol.7, pp.1239-1245, 2016.

[14] Wilcox, D., “Turbulence Modeling for CFD, DCW Industries. Inc”. La Canada, California, 1998.

[15]Flow-3D® Help, Flow science Inc, Ver. 11, 2015.

[16] Kirkpatrick. G.W, “Evaluation Guidelines for Spillway Adequacy”, Engineering Foundation Conf. The Evaluation of Dam Safety, pp.395–414. ASCE, New York, 1997.

[17] Colin. E, Pochat. R, “Calcul d’onde de Submersion Due à la Rupture d’un Barrage (Computation of Wave due to Dambreak). CTGREF, Etude No. 25, 42 p [in French], 1978.

[18] MacDonald, T.C., and Langridge-Monopolis, J., “Breaching Characteristics of Dam Failures”, Journal of Hydraulic Engineering. Vol.110, No.5, pp.567–586, 1984.

[19] Singh, K.P., and Snorrason, A., “Sensitivity of Outflow Peaks and Flood Stages to the Selection of Dam Breach Parameters and Simulation Models”, Journal of Hydrology Engineering. Vol.68, pp.295–310, 1984.

[20] Costa, J. E, “Floods From Dam Failures”, US Geological Survey, Open-File Rep. No.85-560, Denver, 54 p, 1985.

[21] Froehlich, D.C, “Peak Outflow from Breached Embankment Dam”, Journal of Water Resources Planning and Management, Vol.121, No.1, pp.90–97, 1995.

 [22] Tahershamsi, A., Ponce, V. M., and Shetty, A.V., “Embankment Dam Breaching”, Geometry and Peak Outflow Characteristics”. Journal of Dam Engineering. Vol.14, No.2, pp. 73–82, 2003.

[23] Pilotti, M., Tomirotti, M., Valerio, G., and Bacchi, B., “Simplified Method for the Characterization of the Hydrograph Following a Sudden Partial Dam Break.” Journal of Hydraulic Engineering, Vol.136, No.10, pp.693-704, 2010.