بررسي تأثير طول بدنه سد بر ميزان توزيع غلظت رسوبات در مخزن سد پاره‌سنگي

Investigating the Effect of Dam Body Length on Distribution of Sediment Concentration in the Rockfill Dam Reservoir

احداث سدهاي پاره‌سنگي همگن (فاقد هسته) يكي از روش‌هاي سازه‌اي كنترل سيلاب است. جريان ورودي به مخازن اين سدها در مواقع سيلابي حاوي مقدار قابل توجهي از رسوبات است. اين موضوع اهميت بررسي رفتار جريان و غلظت رسوبات را به منظور تعيين ميزان رسوب عبوري، رسوبات ته‌نشين شده و مديريت آن دوچندان مي‌كند. دراين راستا، ابتدا براساس حل عددي معادلات سنت ونانت به روش حجم محدود و با رويكرد كاملاٌ ضمني، مشخصات جريان (سرعت و عمق) محاسبه و سپس با استفاده از گسسته‌سازي معادله انتقال–پخش براساس طرح هيبريد بالاسويه، ميزان غلظت رسوبات در نقاط مختلف مخزن تعيين گرديد، بدين منظور ابتدا مدل رياضي معادلات مذكور در محيط متلب تهيه شد، سپس براي ارزيابي عملكرد اين مدل از نتايج آزمايش‌هاي انجام گرفته در آزمايشگاه هيدروليك دانشكده كشاورزي دانشگاه بوعلي سينا همدان روي سد پاره‌سنگي استفاده شد. بر مبناي مقايسه انجام شده بين داده‌هاي غلظت رسوب اندازه-گيري شده و محاسباتي در هشت مقطع و در سه لايه عمقي 5، 10 و 15 سانتيمتر در داخل مخازن سد پاره‌سنگي با قطر متوسط سنگدانه 8 سانتيمتر و طول‌هاي مختلف بدنه شامل طول‌هاي 50، 80 و 100 سانتيمتر ، مقادير ميانگين خطاي‌نسبي غلظت رسوب به ترتيب برابر 6/5 ، 1/7 و 2/8 درصد مي‌باشد كه حاكي از تطابق مناسب خروجي مدل شبيه‌ساز رياضي با مقادير اندازه‌گيري شده در مدل آزمايشگاهي است. و همچنين نتايج حاكي از كاهش درصد خطاي نسبي مدل شبيه‌ساز با افزايش قطر سنگدانه‌هاي مورد استفاده در بدنه سد به دليل اغناء بهتر فرضيات يك‌بعدي بودن جريان است.

Building homogeneous rock-fill dams is certainly one of the most effective methods of controlling floods. In flood situations, the in-flow to these dams typically contains a considerable amount of sediments. This underscores the need to study the flow behavior and sediment concentrations so that one could identify the amount of passed and trapped sediments, and decide on their management. Thus, first, on the basis of numerical solution of Saint- Venant equations, the flow characteristics (e.g. depth and velocity) were calculated, using finite volume method, with a completely implicit approach, and then the concentration of the sediments at different points of the reservoir were determined, using discretization of the convection diffusion equation based on upwind hybrid. For this purpose, first mathematical model of mentioned equations prepared in Matlab and then in order to evaluate the performance of this model used the results of conducted experiments in the hydraulic laboratory of Agriculture faculty of Bu-Ali Sina University of Hamadan on the Rock fill dams. On the basis of the comparison drawn between the data yielded by measurement of sediment concentration and the calculations conducted in eight sections and three layers of 5, 10 and 15cm high in the reservoir of rock-fill dams, mean value of the relative error of sediment concentration was found to be 5.1, 7.1 and 8.2 percent, indicating a good correlation between the output of mathematical simulator and measured sediments in the experimental model. Results also revealed a decrease in the relative error of the simulator with an increase in the diameter of aggregates used in the body of dam due to the better structure of hypotheses of one-dimensional flow.