توصيفگر ها :
رسوب , نرمافزار SSIIM , الگوريتم بهينهسازي PSO , آبگير , صفحات مستغرق
چكيده فارسي :
آبگيرها با هدف بيشترين انحراف جريان از رودخانه و كمترين ميزان رسوب عبوري، از جمله سازههاي هيدروليكي هستند كه همواره مورد توجه قرار دارند. با توجه به اين نكته كه شيب آبگير عمدتاً كمتر از كانال اصلي است، جريان آب توانايي حمل تمامي رسوبات وارد شده از رودخانه را ندارد. عمل رسوبگذاري در دهانه آبگير سبب كاهش راندمان آبگيري و رشد علف¬هاي هرز شده كه هزينه¬هاي سنگين لايروبي را تحميل مي¬كند؛ و در صورت عدم لايروبي ظرفيت آبگير را كاهش مي¬دهد.بنابراين با توجه به اينكه هدف عمده طراحي آبگيرها، انحراف و انتقال آب از جريان اصلي رودخانه جهت مصارف صنعت، كشاورزي و شرب ميباشد، انتقال كمترين مقدار رسوب، بيشترين بهرهبرداري از كانال آبگير را بههمراه خواهد داشت. صفحات مستغرق كه بر اساس اصل راندن رسوبات عمل ميكند، يكي از روشهاي مناسب براي كاهش رسوبات ورودي به آبگير معرفي شده است. با اين حال بيشتر مطالعات صورت گرفته در زمينه آبشستگي و جلوگيري از تغيير مسير خطالقعر رودخانه ميباشد. مطالعات در اين پژوهش با هدف بهينهسازي ابعاد صفحات مستغرق و فواصل نصب آنها از يكديگر در به حداقل رساندن ميزان رسوب ورودي به آبگير صورت گرفته است. سناريوهاي مختلف به كمك شبيهسازي كانال با قوس 180 درجه در نرمافزار SSIIM انجام شد. شيب كانال اصلي 002/0 و آبگير در موقعيت 120 درجه قوس با زاويه آبگيري 70 درجه قرار داشت. 8 صفحهي مستغرق در دو رديف موازي 4 تايي مقابل آبگير جانمايي شد. دبي ورودي به كانال 20 ليتر بر ثانيه، دبي آبگيري 27/4 ليتر بر ثانيه و عمق آب 12 سانتي متر بود. جزئيات شبيهسازي از آزمايشهاي شيرآلي و همكاران (1397) گرفته شد و براي تعيين صحت كار نرمافزار نتايج رسوب بدست آمده از شبيهسازيها با ننايج آزمايشگاهي حاصل از آزمايشهاي شيرالي و همكاران (1397) مقايسه شد(21). نتايج صحتسنجي بدستآمده، مقدار 55/0 درصد خطا در نتايج مقدار رسوب در كانال اصلي و 07/1 درصد خطا در نتايج مقدار رسوب ورودي به آبگير در نرمافزار SSIIM را نشان داد. با آگاهي بر ميزان خطاي نرمافزار، شبيهسازيها در 5 مرحله و 28 سناريو، به بررسي ارتفاع صفحات مستغرق، طول صفحات مستغرق، فاصلهي عرضي صفحات مستغرق، فاصله طولي صفحات مستغرق و فاصله اولين رديف صفحات مستغرق تا آبگير انجام گرفت. نتيجه هر مرحله به كمك الگوريتم PSO بهينهسسازي شده و مبناي مرحله بعد در نظر گرفته شد. با اتمام شبيهسازيها ابعاد بهينه صفحات مستغرق در كانالي با مشخصات فوق، ارتفاع 5/0 برابر عمق آب، 6 سانتيمتر، طول 5/2 برابر ارتفاع صفحات مستغرق معادل 25/1 عمق آب، 15 سانتيمتر، فاصله عرضي صفحات مستغرق 167/2 برابر ارتفاع صفحات معادل 08/1 عمق آب، 13 سانتيمتر، فاصله طولي صفحات مستغرق 5 برابر ارتفاع صفحات و 5/2 برابر عمق آب، 30 سانتيمتر و فاصله از آبگير برابر با عمق جريان در كانالي اصلي و 2 برابر ارتفاع صفحات مستغرق برابر با 12 سانتيمتر بدست آمد.
چكيده انگليسي :
Intakes, designed to maximize flow diversion from a river while minimizing the passage of sediment, are among the hydraulic structures that have consistently drawn attention. Since the slope of an intake is generally lower than that of the main channel, the flow cannot carry all the sediment entering from the river. Sediment deposition at the intake entrance reduces intake efficiency and leads to weed growth, imposing high dredging costs; if dredging is not carried out, the intake capacity is further reduced. Consequently, because the primary purpose of intake design is to divert and convey water from the main river flow for industrial, agricultural, and drinking purposes, minimizing sediment transport into the intake channel ensures its maximum utilization. Submerged vanes, which operate on the principle of sediment deflection, have been introduced as an effective method for reducing sediment entering the intake. However, most existing studies have focused on local scour and preventing the shift of the river’s thalweg. The present study aims to optimize the dimensions and spacing of submerged vanes to minimize the amount of sediment entering the intake. Various scenarios were explored by simulating a 180-degree channel bend using the SSIIM software. The main channel slope was 0.002, and the intake was located at the 120-degree position of the bend with a 70-degree intake angle. Eight submerged vanes were placed in two parallel rows of four in front of the intake. The inflow discharge was 20 L/s, the intake discharge was 4.27 L/s, and the water depth was 12 cm. Simulation details were taken from the experiments by ShirAli et al. (2018). To validate the software’s performance, the sediment results obtained from the simulations were compared with the experimental data of ShirAli et al. (2018) [21]. The validation showed a 0.55% error in the main channel sediment load and a 1.07% error in the intake sediment load within SSIIM. With knowledge of the software’s error margin, the simulations were carried out in five stages and 28 scenarios to investigate the vane height, vane length, transverse spacing, longitudinal spacing, and the distance of the first row of vanes from the intake. The results of each stage were optimized using the PSO algorithm and then served as the basis for the subsequent stage. At the end of the simulations, the optimal dimensions of the submerged vanes for a channel with the above characteristics were determined as follows: vane height 0.5 times the water depth (6 cm), vane length 2.5 times the vane height (equivalent to 1.25 times the water depth, i.e., 15 cm), a transverse distance of the vanes 2.167 times the vane height (equivalent to 1.08 times the water depth, i.e., 13 cm), a longitudinal distance of the vanes 5 times the vane height (equivalent to 2.5 times the water depth, i.e., 30 cm), and a distance from the intake equal to the flow depth in the main channel and twice the vane height (12 cm).
