انتخاب صفحه

مقدمه

اصولا سدها به منظور ذخیره آب وتامین آب شرب،کشاورزی وصنعت ساخته میشوند.هرچند مهار سیلاب ها وایجاد ارتفاع آب به منظور تامین انرژی پتانسیل برای ایجاد نیروگاه نیزمیتواند ازاهداف اولیه احداث سدهای بلند باشد.البته پس ازاحداث سد،دریاچه آن میتواند فواید دیگری را ازقبیل قایق رانی،پروش ماهی ها،وزیبایی طبیعت را دربر داشته باشد.صرف نظر از نوع سد که دریک منطقه ساخته میشود،مطالعات وبررسی ها ضروری میباشد که بستگی به شرایط ناحیه،وضعیت آبگیری،وسعت حوزه آبگیر و وسعت دریاچه ای که تشکیل میشود ووضعیت مصرف آب درپایین دست اهمیت مطالعات مربوط به این مباحث رابه تناسب نشان میدهد.مسائل دیگری که جدا ازمباحث فنی فوق غالبا مورد توجه طراحان وکارفرمایان احداث سد دریک منطقه میباشد.به نحوی مربوط به شرایط اقلیم شناسی،کشاورزی ونوع آن وتاثیر آن برشرایط اجتماعی و زیست محیطی ناحیه است.به هرحال،احداث سد وضعیت زیست محیطی رانسبت به آنچه که قبل از احداث سد بوده تغییرمیدهد.سدهای زیادی دردنیا شکسته اند.ازجمله سدهائی که تاکنون درایالات متحده شکسته اند وخطرات جانی به دنبال داشته اند میتوان سد Sout Fork Johnstown درایالت پنسلوانیا؛سد Teton در ایالت ایداهو وسد Creek Buffalo درویرجینای غربی را نام برد.

بطور کلی ازتعداد تقریبی 15000 تاسیسات موجود میتوان سالیانه،1.5شکستگی (بیست آمارگیری درخلال 13 سال) رادرنظرگرفت که دراین صورت احتمال خطر شکستگی هرسد درسال برابر 104 خواهد بود.اگرچه احتمال فوق ظاهرا ضعیف به نظر میرسد ولی باتوجه به اهمیت موضوع وتجارب تلخ عینی موجود ،ندیده گرفتن این احتمال کارغیر منطقی خواهد بود.اهمیت موضع سبب شده است تا مسئله چگونگی انتشار امواج ناشی از شکست یک سد درچندین دهه اخیر،ذهن محققین زیادی را مشغول کند.

فهرست مطالب

چکیده      1

مقدمه    2

فصل اول:کلیات

1-1-هدف

یک مدل ریاضی برای حل معادلات حاکم برجریان های ناشی ازشکستی یک سد برروی بستر شیب دار ارائه شده وبااستفاده از این مدل پارامترهای جریان درپائین دست محاسبه ونتایج بصورت گراف های بدون بعد ارائه شده اند.درمحاسبه این جواب ها ازمقاومت بستر صرف نظر شده وفرض براین است که تمام سد بطور ناگهانی می شکند.ازمقایسه جوابهای تئوری بدست آمده عمق جریان بانتایج تجربی حاصل از یک مدل هیدرولیکی کوچک،برای کانال با دوزبری متفاوت،درایستگاه های مختلف پائین دست سد چنین استنباط میگردد که افزایش زبری کانال باعث افزایش نسبی عمق جریان وزمان حرکت پیشانی موج میشود.ازطرفی باتوجه به این نکته میدانیم،افزایش مقیاس یک آزمایش باعث کاهش زبری نسبی وافزایش عدد رینولدز میشود.بنابراین چنین نتیجه یگری میکنیم که نتایج اندازه گیری عمق جریان برای شکست سدواقعی درپائین دست،باجوابهای تئوری بدست آمده،درمقایسه با نتایج تجربی حاصل از مدل هیدرولیکی کوچک مطابقت وهم خوانی خوبی دارند.

1-1-هدف  4

1-2-جریانهای غیردائمی   5

1-2-1-طبقه بندی جریان های غیردائمی 5

1-3-معادلات حاکم برجریانهای غیردائمی 6

1-3-1-معادله پیوستگی درجریان های غیردائمی     6

1-3-2-معادله حرکت(دینامیکی) درجریانهای غیردائمی  8

پروفیل سطح بعداز شکست سد برروی بستر شیبدار درکانال سهموی

پروفیل سطح بعداز شکست سد برروی بستر شیبدار درکانال سهموی

فصل دوم:امواج حاصل از جریانهای غیردائمی

1-2-موج ازنوعA

درهنگام باز کردن دریچه بطور سریع درپایین دست دریچه بعلت افزایش دبی خروجی،سطح آب بالا آمده و یک موج مثبت همسو باجهت جریان بطرف پایین دست حرکت میکند.موج حاصله ازنوع A است.ازاین نوع امواج درکانالهای ارتباطی به تاسیسات هیدروالکتریکی در نتیجه افزایش دبی ورودی به توربین ها در بالادست وپایین دست تاسیسات تولید ومنتشر میشوند.

2-2-موج ازنوعB

مطابق شکل (2-1-a) قسمتی از یک دریچه بطور سریع بسته میشود درنتیجه این عمل دربالادست دریچه سطح آب بالا آمده ویک موج مثبت درخلاف جهت الویه جریان به طرف بالادست حرکت میکند.این موج ازنوع Bاست.ازاین نوع موج میتوانن درمحل های برخورد رودخانه به دریا درحالت وقوع جزرومد مشاهده نمود.

3-2-موج ازنوعC

چنانچه مطابق شکل (2-1-a) دریچه بصورت سریع بسته شود درپایین دست دریچه سطح آب پایین آمده و یک موج منفی به طرف پایین دست همسو باجهت اولیه جریان بوجود می آید.این موج ازنوع Cاست.

2-1-موج ازنوعAا     12

2-2-موج ازنوعBا 12

2-3-موج ازنوع Cا     12

2-4-موج ازنوعِDا 12

2-5-فرمولهای تئوری محاسبه سرعت امواج  13

2-6-بررسی معادله پروفیل موج 18

کروکی سد برای حالتی که پایاب خشک نباشد

کروکی سد برای حالتی که پایاب خشک نباشد

فصل سوم:روشهای حل معادلات حاکم برجریانهای غیردائمی متغیر تدریجی

1-3-روشهای تحلیل

معادلات دیفرانسیل جزئی ارائه شده به عنوان معادلات پیوستگی وحرکت جریانهای غیردائمی به سادگی قابل حل نبوده وراه حل تحلیلی مشخصی نیز برای آنها وجود ندارد.برای حل تحلیلی این معادلات گاه از روشهای تقریبی وبادر نظرگرفتن فرضیاتی نسبت به وضعیت جریان استفاده میگردد که بدیهی است هر چه فرضیات انجام شده جهت ساده کردن معادلات وحل تحلیلی آنها به واقعیت امر نزدیکتر باشد،آز جوابها از خطای کمتری برخوردار خواهند بود.ازجمله مواردی که میتوان معادلات یاد شده را ساده به روش تحلیلی حل نمود،موج پیش رونده یکنواخت است.

3-1-روشهای تحلیلی   23

3-2-روشهای عددی   23

3-3-روش خصوصیات  26

نمایش تغییرات سرعت جریان در برابر فاصله به ازای زمانهای ثابت

نمایش تغییرات سرعت جریان در برابر فاصله به ازای زمانهای ثابت

فصل چهارم:بررسی جریان های ناشی از شکست احتمالی سدها دربستر افقی

4-4-حالتی که پایاب خشک نباشد

برای بررسی وضعیت این حالت شکل سد زیررا درنظر میگیریم:مطابق شکل فوق عمق اولیه آب درپایین دست مخزن h0 و ارتفاع آب دربالادست آن مقدار ثابت h1 بوده وسرعت جریان دربالا دست وپایین دست مخزن صفر منظور میگردد.باشکست ناگهانی سد وضعیت مشابه شکل 11-4 خواهدبود.پیشانی موج مثبت بالافاصله بعدازشکست سد باسرعت V وعمق h2 به طرف پایین دست منتشر مشود ودرهرلحظه مثل t=t0  میتوان چهار ناحیه متفاوت راازهم تمیزداد.مطابق شکل 11-4 ناحیه (0) تحت عنوان ناحیه آرام پایین دست بود.که درآن V=0 میباشد.

4-1-حالتی که پایاب خشک باشد وازاصطکاک بستر صرفه نظر شود   31

4-2-بررسی منحنی خصوصیات 32

4-2-1-معادله منحنی های باخصوصیات منفی 32

4-2-2-معادله منحنی های باخصوصیات مثبت  36

4-3-حالتی که پایاب خشک باشد وازاصطکاک کف بستر صرفه نظر نشود    39

4-4-حالتی که پایاب خشک نباشد 42

4-5-مختصری درمورد کارهای انجام شده  49

فصل پنجم:بررسی جریان های ناشی از شکست احتمالی سدها دریک بستر هیدرولیکی شیب دار بدون اصطکاک

3-2-5-مرز پیشانی تر

این مرز مختصات عبور پیشانی موج درکانال پائین دست میباشد برای بدست آوردن معالده مرز پیشانی تر باید از رفتار عمومی نقطه (x,t)=(1,0) درشکل 3-5 استفاده کرد .سرعت موج C دراین نقطه مقدار ناپیوسته است وتمامی خصوصیاتی که توسط معالده بیان میشوند ودرناحیه بین مرزهای پیشانی خشک-تر و ناحیه آرام قراردارند ازنقطه واحد (x,t) (1,0)نشات میگیرند.بنابراین هندسه خصوصیات این نقطه مشابه هندسه خصوصیات نقطه (x,t) (0,0) در4-4 شکل برای کانال افقی می باشد.

5-1-بیان معادلات خصوصیات   57

5-2-2-مرز پیشانی خشک 60

5-2-3-مرز پیشانی تر 61

5-3-مدل ریاضی برای حل معادلات خصوصیات  64

فصل ششم:نمودارها وگراف ها

فصل هفتم:مقایسه بین نتایج تئوری وعملی

به منظور ارزیابی نتایج تئوری وتجربی،آزمایشات شکست ناگهانی یک سری برروی بسترافقی در یک مدل هیدرولیکی انجام گرفته است.یک سد قائم دروسط کانال مستطیلی افقی با ابعاد 24 مترطول،91 متر عرض و 1.08 ارتفاع تعبیه شده که با بازشدگی سریع آن یک موج مثبت باپیشانی قائم بر بستر کانال درپایاب سد ایجاد شده و به طرف پائین دست باشکل،سرعت وارتفاع ثابت پیشروی مینماید.ویک موج منفی نیزدر داخل مخزن به طرف بالا دست عقب نشینی مینماید.عمق مخزن پشت سد ثابت وبرابر 0.3 متر میباشد.پارامترهای هیدرولیکی بااستفاده از دستگاه چرچیل که مجهز به 7 کانال اندازه گیری میباشد،اندازه گیری شده اند آزمایشات برای کانال باکف نسبتا صاف(n=0.06) وکف نسبتا زبر(n=0.02) انجام شده اند.

فصل هشتم:نتیجه گیری وپیشنهادات

نتیجه گیری

دراین پایان نامه یک مدل ریاضی برای حل معادلات حاکم برجریان های ناشی از شکست یک سد برروی بستر شیبدار ارائه شده وبااستفاده از این مدل پارامترهای جریان درپائین دست ماسبه ونتایج بصورت گراف های بدون بعد ارائه شده اند.درمحاسبه این جواب ها ازمقاومت بستر صرف نظر شده وفرض براین است که تمام سد بطور ناگهانی می شکند.ازمقایسه جوابهای تئوری بدست آمده عمق جریان بانتایج تجربی حاصل ازیک مدل هیدرولیکی کوچک،برای کانال بادوزبری متفاوت،درایستگاه های مختلف پائین دست چنین استنباط می گردد که افزایش زبری کانال باعث افزایشس نسبی عمق جریان وزمان حرکت پیشانی موج میشود.ازطرفی باتوجه به این نکته میدانیم،افزایش مقیاس یک آزمایش باعث کاهش زبری نسبی وافزایش عدد رینولدز میشود.بنابراین چنین نتیجه گیری میکنیم که نتایج اندازه گیری عمق جریان برای شکست سدواقعی در پائین دست،باجوابهای تئوری بدست آمده،درمقایسه با نتایج تجربی حاصل از مدل هیدرولیکی کوچک مطابقت وهم خوانی خوبی دارند.بنابراین درعمل میتوانیم ازجوابهای تئوری بدست آمده دراین پایان نامه برای محاسبه پارامترهای هیدرولیکی جریان های ناشی از شکست سدها برروی بستر شیب دار بادقت خوبی استفاده کنیم.

پیشنهادات

ازمقایسه نمودارهای بین نتایج تئوری وتجربی حاصل ازشکست سد برروی بستر شیب دار،در ایستگاه های مختلف پائین دست،برای زبرهای مختلف بستر،چنین استنباط میگردد که عمق های اندازه گیر جریان برای کانال صاف بالای عمق های تئوری حاصل ازمدل ریاضی وهمچنین عمق های اندازه گیری جریا نبرای کانال زبر بالای عمق اندازه یگری برای کانال صاف قرار دارند.یعنی عمق های اندازه گیری برای کانال صاف نسبت به عمق های اندازه گیری برای کانال زبر،تطابق بیشتری باجوابهای تئوری حاصل ازمدل ریاضی دارند.ونتیجه جالب توجه دیگراین است که باافزایش زبری کانال زمان حرکت پیشانی افزایش می یابد یا به عبارت دیگر باافزایش مقاومت بستر کانال پیشانی موج حاصل از شکست سدکندتر حرکت میکند.(نمودارهای 3-7 تا1-7)همچنین ازمقایسه بین نتایج تئوری وتجربی حاصل ازشکست سد برروی بستر شیب دار وافقی چنین نتیجه گیری میشود که نتایج تجربی حاصل ازشکست سدبرروی بسترافقی برای حالتی که اصطکاک بستردرنظرگرفته شود به نتایج تئوری حاصل از مدل ریاضی برای بستر شیب دار نزدیک وباهم مطابقت دارند.

نتیجه گیری        95

پیشنهادات       96

رفرانسها     97

فهرست منابع فارسی   97

فهرست منابع لاتین      98

چکیده انگلیسی   99

فهرست جداول

1-7-نتایج اندازه گیری عمق جریان نسبت به زمان برای محل سد و x/ho=30ا     84

2-7-نتایج اندازه گیری عمق جریان نسبت به زمان برای x/h0=10وx/h0=20ا      85

3-7-نتایج اندازه گیری عمق جریان نسبت به زمان برای محل سد وx/h0=1ا  87

4-7-نتایج اندازه گیری عمق جریان نسبت به زمان برای فاصله x/h0=1.125ا 88

5-7-نتایج اندازه گیری عمق جریان نسبت به زمان برای فاصله x/h0=1.75ا  89

6-7-مقایسه بین نتایج تئوری وتجربی حاصل ازشکست سد برروی بستر شیب دار   90

فهرست نمودارها

2-4-منحنی های خصوصیات منفی برای کانالهای افقی  35

3-4-منحنی های خصوصیت مثبت برای کانال افقی  47

4-4-منحنی های باخصوصیت مثبت ومنفی برای کانال افقی 38

12-4-توزیع سرعت جریان درکانال مستطیلی عریض 54

4-4-توسعه موج ناشی ازشکست سد درکانال مستطیلی عریض به ازای زمانهای مختلف       55

15-4-پروفیل سطح بعداز شکست سد برروی بستر شیب دار درکانال سهموی 56

1-6-نمایش مرزهای تعریف شده درشکست سد برروی بستر شیبدار   68

2-6-منحنی های باخصوصیات منفی برای شکست سد برروی بستر شیب دار     69

2-6-منحنی های باخصوصیات مثبت برای شکست سد برروی بستر شیبدار   70

2-6-منحنیه ای باخصوصیات منفی ومثبت برای شکست سد برروی بستر شیب دار  71

13-6-نمایش تغییرات سرعت موج دربرابر فاصله با ازای زمانهای مختلف  76

15-6-نمایش تغییرات اعداد فرود جریان درپائین دست سد به ازای زمانهای ثابت 80

16-6-نمایش تغییرات دبی درواحد عرض جریان دربرابر فاصله به ازای زمانهای ثابت 81

فهرست شکلها

1-1-بررسی معادله پیوستگی درجریانهای غیردائمی  6

2-1-نمایش انرژی درجریان غیردائمی   10

1-2-انواع امواج ناشی از باز وبسته شدن دریچه 14

2-2-موج مثبت پائین دست  15

1-3-انواع روشهای عددی برای حل معادله st venantا   25

1-4-نمایش کروکی سد 31

5-4-مقایسه بین جوابهای ritter و dressler برای محل سد  40

7-4-کروکی سد برای حالتی که پایاب خشک نباشد  42

8-4-شکست سد 43

9-4-شکست سد برروی بستر شیبدار باپائین دست خشک 50

10-4-مشخصات برخورد منحنی های خصوصیات 53

1-5-هندسه سد برروی بستر شیب دار  57

4-5-محل برخورد درمنحنی خصوصیات درصفحه   61


ABSTRACT

Dams assume great importance considering political , social and economical point of view . Their role in developing agricultural fields and improving urban and rural regions ; providing drinRable water ; generating hydraulic energy ; controlling and regulating fluid intensity of the rivers seem noticeable .

Although increasing the number of great and voluminous dams with much heights , have vital importance for human society regarding aforementioned advantages , but can bring vast financial damages and life risks in lower part of the dams dut to happening of unpleasant events such as breaks Caused by factors like rivers overflowing , foundation break , bombard ment and earthquake , Fox phenomenon which causes sudden flush of

great volumes of fluid that is incomparable with expected and torrential discharges . Among dams that have already broRen in United states and brought casualties , we can mention Sout Fork Johnstown dam is Pennsylvania , Teton dam in Idaho and Buffalo Creek dam in West Virginia .

Generally speaking , among the approximate number of 15000 available installations , we can consider 1.5 break annually ( 20 statistics during 13 years ) , thus the danger probability of break , for each dam would be 10 4 per year .

Although the abovementioned probability seems a weak point , however ignoring the issue would be irrational regarding the importance of the issue and unpleasant and objective experiences .

The importance of the position has caused so many researchers get busy with the quality of wave propagation due to a dam break in a few recent decades


مقطع : کارشناسی ارشد

بلافاصله بعد از پرداخت به ایمیلی که در مرحله بعد وارد میکنید ارسال میشود.


فایل pdf غیر قابل ویرایش

خرید فایل pdf وسفارش word

قبل از خرید فایل می توانید با پشتبانی سایت مشورت کنید