بخشی از مقاله
چکیده
برای تشابه سازی روندیابی سیلاب در قطعهای از رودخانه، میکرومدل آن دراشل طولی ٤٠٠٠/١ و عمودی ٢٠٠/١ با بستر ثابت ساخته شده است. با توجه به مدل فرودی، شیب بسترو ضریب مانینگ برای مدل به ترتیب برابر٠١٢/٠ و ٠٣٦/٠ محاسبه گردیده است. جنس بستر و دیواره مدل از ملات ماسه و سیمان انتخاب شده تا بتوان زبری مورد نظر را برای مدل بوجود آورد. دراین مطالعه، یک هیدروگراف ورودی به میکرومدل وارد شده و هیدروگراف خروجی آن اندازه گیریشده است. همچنین هیدروگراف خروجی با استفاده از روش عددی موج کینماتیک برای بررسی و مقایسه عملکرد میکرومدل محاسبه شده است. نتایج حاصل از میکرومدل بطور رضایتبخشی با نتایج حل عددی موج کینماتیک مطابقت میکند. این آزمایش نشان میدهد که امکان مشاهده رفتار سیل و کنترل آن در طول رودخانه بوسیله میکرومدل ارزان قیمت و جود دارد.
١- مقدمه
به منظور کنترل سیل در رودخانهها و یا دریاچههای پشت سدها و همچنین جهت حفاظت کنارههای رودخانهها لازم است تا هیدروگراف خروجی به صورت تابعی از هیدروگراف آب ورودی محاسبه شود. روندیابی سیل یکی از مسائل مربوط به جریانهای غیر دائمی است که از اهمیت عملی خاصی برخوردار است و برای حل آن میتوان از روشهای مختلف هیدرولیکی و هیدرولوﮊیکی استفاده نمود. مطالعه مدل هیدرولیکی در مهندسی رودخانه بخصوص در مورد مساله روندیابی سیل یک روش مناسب برای پیشبینی رفتار سیل می باشد]١.[ معمولا مدلهای مورد استفاده در مهندسی رودخانه دارای ابعاد بسیار بزرگی میباشند.
لذا هزینه ساخت، اجرا و نگهداری این مدلها بسیار گران میباشد. از طرف دیگر ممکن است زمان زیادی برای ساخت یک مدل هیدرولیکی مورد نیاز باشد]٢.[ امروزه تکنولوﮊی جدید میکرومدل در مهندسی رودخانه به خوبی به کار گرفته میشود که باعث کاهش ابعاد و هزینه مدل میگردد]٣.[ مبنای کار میکرومدلها، همانند مدلهای فیزیکی میباشد. بطورکلی بدون توجه به ابعاد و اندازه رودخانه، رفتار سیل در طول رودخانه مشابه میباشد و به همین دلیل است که یک کانال کوچک میتواند رفتار یک رودخانه بزرگ را مدل کند]٤.[ در این مطالعه، یک مدل کوچک برای بررسی مساله روندیابی سیل در رودخانه ساخته شده است. با استفاده از این مدل میتوان با اعمال هیدروگراف ورودی به مدل، هیدروگراف خروجی را اندازهگیری نمود. به منظور بررسی عملکرد مدل، نرمافزار لازم برای محاسبه هیدروگراف خروجی به روش عددی موج کینماتیک تهیه شده تا با هیدروگراف خروجی اندازهگیریشده از مدل مقایسه شود.
٢- شرح میکرومدل
به منظور مطالعه روندیابی سیلاب، یک دستگاه میکرومدل در دانشگاه باهنر کرمان ساخته شده است. این مدل شامل موارد زیر می باشد: ١ - کانالی سیمانی با سطح مقطع مستطیلی و با ابعاد عرض داخلی ٥ و ارتفاع ٥/٣ و طول ١٠٠ سانتیمتر، ٢ - مخزن فلزی شماره ١ در بالادست مدل به قطر ١٥ و ارتفاع ١١٠ سانتیمتر به منظور تامین بده ورودی به مدل، ٣ - مخزن فلزی شماره ٢ در پائیندست مدل به قطر ١٥ و ارتفاع ٩٠ سانتیمتر به منظور جمع آوری آب خروجی از میکرومدل و تعیین بده خروجی، ٤ - یک ظرف وشیر متصل به آن با هد ثابت برای تنظیم دبی ورودی، ٥ - لولههای لاستیکی اتصال سیستم با قطر داخلی ٢ و٤/٠ سانتیمتر، ٦ - کرنومتر برای تعیین زمان در طول مدت آزمایش، ٧ - میز آزمایش به طول ١٥٠ و عرض ٦٠ و ارتفاع ٥٠ سانتیمتر. شکل - ١ - شمای کلی سیستم، شامل مخزن با هد ثابت، مخزن بالادست، میکرومدل رودخانه، کلکتور و مخزن پائیندست را نشان میدهد.
٣- تعیین ضریب دبی cd
ضریب دبی درفرمول - ١ - نسبت به ارتفاع آب در مخزن بالادست متغیر میباشد که بایستی به منظور تعیین دقیق دبی ورودی به میکرومدل، تغییرات cd نسبت بهh1 را قبل از آزمایش تعیین نمود. برای تعیین تغییرات cd نسبت بهh1 ، مخزن با هد ثابت طوری تنظیم می شودکه سطح آب درون مخزن بالادست در یک ارتفاع ثابت بماند و بعد ارتفاع آب قرائت میشود. سپس حجم آب خروجی از مخزن در یک فاصله زمانی معلوم، تعیین نموده و با تقسیم حجم آب خروجی برفاصله زمانی، دبی مشخص میشود. با معلوم بودن مقادیر دبی و ارتفاع آب درون مخزن بالادست، ضریب دبی با استفاده از فرمول - ١ - تعیین میشود.
٤- بکارگیری میکرومدل
میکرومدل ساخته شده، برای مطالعه روندیابی سیلاب بکارگرفته شده است. با استفاده از این میکرومدل هیدروگراف ورودی و خروجی اندازهگیریشده است. برای تعیین هیدروگراف ورودی و خروجی ارتفاع آب در مخزن بالادست و پائین دست به طور همزمان درطول مدت آزمایش قرائتشده است.
٤-١- تعیین هیدروگراف ورودی
با داشتن مقادیر ارتفاع آب در مخزن بالادست در زمانهای معین، ضریب تخلیه مخزن با استفاده از شکل - ٢ - تعیین میشود. سپس با استفاده از فرمول - ١ - بده ورودی به میکرومدل محاسبه میشود. با رسم مقادیر بده ورودی نسبت به زمان هیدروگراف ورودی بدست میآید.
٤-٢- تعیین هیدروگراف خروجی
با قرائت ارتفاع آب در مخزن پائیندست در زمانهای معین، تغییر ارتفاع آب در مخزن پائیندست در فاصله زمانی مختلف محاسبه میشود. حجم آب خروجی از میکرومدل در هر فاصله زمانی، از حاصلضرب اندازه تغییر ارتفاع در سطح مقطع مخزن بدست میآید. با تقسیم حجم آب خروجی بر فاصله زمانی خروج آب، دبی خروجی بدست میآید. با رسم مقادیر بده خروجی نسبت به زمان هیدروگراف خروجی بدست میآید. مقادیر دبی ورودی و خروجی بدستآمده از آزمایش بر روی میکرومدل در ستون٢و٣ جدول - ١ - نشان داده شده است. هیدروگراف ورودی و خروجی اندازهگیریشده با بکارگیری میکرومدل در شکل - ٥ - نشان داده شده است.
