ارزیابی معادلات توزیع سرعت در جریان‌های دارای بار رسوبی معلق

آب و خاک

مقاله 2، دوره 29، شماره 3، شهریور 1394، صفحه 528-538   

نوع مقاله: مقالات پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jsw.v0i0.29689

نویسندگان

سعید خدادوست سیوکی^{* 1}؛ محمود نعمتی¹؛ رضا استخر²

¹دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات تهران

²دانشگاه تهران

چکیده

برآورد دقیق سرعت در آبراهه‌های حاوی بارهای رسوبی اهمیت زیادی دارد، به دلیل این‌که توزیع عمقی سرعت یکی از پارامترهای مورد نیاز برای برآورد دبی رسوبات است. تاکنون روابط زیادی برای برآورد توزیع عمقی سرعت در مجاری روباز توسط محققان مختلف توسعه یافته است. در این تحقیق، ضمن تحلیل و بررسی کامل این معادلات، با استفاده از مهم‌ترین شاخص‌های آماری ارائه شده، معادله بهینه از میان معادلاتی مانند توزیع توانی، توزیع لگاریتمی، توزیع لگاریتمی اصلاح شده، توزیع وِیک، توزیع لگاریتمی اصلاح شده- وِیک، توزیع لگاریتمی- وِیک اصلاح شده و توزیع سهموی مورد بررسی انتخاب شده است. به منظور صحت‌سنجی هر یک از معادلات از معتبرترین داده‌های آزمایشگاهی مربوط به ونونی (16)، اینشتین (9) و ونگ و کیان (19) استفاده شده است. نتایج نشان داد که توزیع لگاریتمی تنها قادر به برآورد دقیق سرعت در ناحیه داخلی است. همچنین با مقایسه توزیع‌های معرفی شده با داده‌های آزمایشگاهی و بر اساس شاخص‌های آماری مشخص شد که توزیع وِیک مقادیر سرعت را در هر دو ناحیه داخلی و خارجی با دقت قابل قبولی برآورد می‌کند و استفاده از این معادله در محاسبات مربوط به دبی بار معلق توصیه می‌شود. از سوی دیگر توزیع سهموی کم‌دقت‌ترین معادله بوده و استفاده از آن خطای زیادی در محاسبات ایجاد خواهد کرد.

کلیدواژه‌ها

توزیع سرعت؛ دبی بار معلق؛ غلظت رسوبات

مراجع

1- Omid M.H, Nasrabadi M. 2012. Seimentation Endineering, University of Tehran Press (translation in Persian language).

2- Hosseini S.A., Shamsaie A. 2003. Effects of suspended sediments in flow on the constant coefficient of logarithmic velocity profile. First National Congress on Civil Engineering. Sharif University of Technology.

3- Farsadizadeh D., Hoseinzadeh dalir A., Ghorbani M.A., Samadianfard S. 2010. Estimation of the velocity distribution in the open channels with a smooth bed using entropy concept and genetic algorithm. Journal of Soil and Water. 21, No. 3 (in Persian with English abstract).

4- Nasrabadi M. 2010. Effect of suspended sediment concentration on characteristics of hydraulic jump in the open channels. Master's thesis in water structures. Department of Irrigation and Reclamation Engineering. Tehran University.

5- Chow V.T. 1959. Open Channel Hydraulics. McGraw-Hill Book Company, New York.

6- Cioffi F., and Gallerano F. 1991. Velocity and concentration profiles of solid particles in a channel with movable and erodible bed. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, vol. 129, no. 3, p. 387-401.

7- Coleman N.L. 1986. Effects of suspended sediment on the open-channel velocity distribution, Water Resources Research, vol. 22, no. 10, p. 1377-1384.

8- Coles D. 1956. The law of the wake in the turbulent boundary layer. J. Fluid Mechanics, Vol.1, p. 191-226.

9- Einstein H.A., and Chien N. 1955. Effects of heavy sediment concentration near the bed on velocity and sediment distribution, U. S. Army Corps of Engineers, Missouri River Division Rep. No. 8.

10- Elata C., and Ippen A.T. 1961. The dynamics of open channel flow with suspensions of neutrally buoyant particles. Technical Report No.45, Hydrodynamics Lab, MIT.

11- Guo J, and Julien P.Y. 2008. Application of the Modified Log-Wake Law in Open-Channels. University of Nebraska- Lincoln, Civil Engineering Faculty Publications.

12- Keulegan G.H 1938. Laws of turbulent flow in open channels, J. Res., Nat. Bureau of Standards, vol. 21, p. 707-741.

13- Parker G., and Coleman N.L. 1986. Simple model of sediment-laden flows, Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, vol. 112, no. 5, p. 356-375.

14- Sarma K.V.N., Prasad B.V.R., and Sarma A.K. 2000. Detailed Study of Binary Law for Open Channels, Journal Hydraulic Engineering, vol. 126, no. 3, p. 210-214.

15- Schlichting H. 1979. Boundary Layer Theory, McGraw-Hill, New York.

16- Vanoni V.A., 1946. Transportation of suspended sediment by water, Trans. ASCE, Vol. 111, p. 67-133.

17- Vanoni V.A., and Nomicos G.N. 1960. Resistance properties in sediment laden streams,” Trans., ASCE, vol. 125, pp. 1140-1175.

18- Vedula S., and Rao A.R. 1985. Bed Shear from Velocity Profiles: A New Approach. Journal Hydraulic Engineering, vol. 111, no. 1, p. 131-143.

19- Wang X, and Qian N. 1989. Turbulence Characteristics of sediment-laden flow. J. Hydr. eng., Vol. 115, No.6, p. 781-799.

20- Wang Z., and Larsen P. 1992. Turbulent Structure of Water and Clay suspensions with Bed Load. J. Hydr. eng., Vol. 120, No.5, p. 577-601.

21- Yang S.Q., Tan S.K., and Lim S.Y. 2004, Velocity distribution and dip-phenomenon in smooth uniform open channel flows, J. Hydraulic Engineering, Vol. 130(12), p. 1179-1186.