بررسی عددی و آزمایشگاهی توزیع رسوبات غیر چسبنده در درون بدنه سدهای پاره‌سنگی

یکی از روش های سازه ای ارزان قیمت کنترل سیلاب، استفاده از سدهای پاره سنگی فاقد هسته است. جریان های سیلابی معمولاً بار رسوبی بالایی دارند و با توجه به بزرگ بودن خلل و فرج بدنه این سدها، همراه با آب مقدار زیادی رسوب به داخل بدنه سد نفوذ می کند. بنابراین تعیین غلظت رسوب در نقاط مختلف بدنه به منظور تعیین نقاط بحرانی از نظر رسوب‌گذاری، میزان تله اندازی رسوب، میزان رسوب عبوری و ... از اهمیت خاصی برخوردار است. لذا در این تحقیق، ابتدا بر مبنای معادلات سنت ونانت و دوجمله ای فورشهایمر و با استفاده از روش عددی حجم محدود، مدل ریاضی شبیه ساز جریان در محیط متلب تهیه و اجرا شد. سپس با استفاده از نتایج خروجی مدل و بر مبنای معادله انتقال رسوب و با استفاده از روش عددی حجم محدود، مدل ریاضی شبیه ساز توزیع غلظت رسوبات غیر چسبنده در بدنه سد پاره سنگی توسعه داده شد. مدل ارائه شده مقادیر غلظت رسوبات را در نقاط مختلف بدنه بر مبنای شبکه بندی در نظر گرفته شده از مرحله قبل تعیین می‌کند. برای ارزیابی نتایج خروجی این مدل ها از نتایج آزمایشگاهی استفاده شد. مقایسه نتایج عددی و آزمایشگاهی حاکی از صحت مدل عددی تهیه شده در شبیه‌سازی توزیع غلظت رسوبات بود. بطوری‌که بر مبنای مقایسه انجام شده بین داده های اندازه گیری شده توزیع رسوبات با مقادیر محاسباتی در سه مقطع از بدنه سد پاره سنگی، میانگین خطای نسبی 8.14 درصد بدست آمد.

Numerical and Experimental Investigation of the Distribution of NonCohesive Sediments in the Body of RockFill Dams

Use of noncore rockfill dams is one of the structural methods for flood control. Flood flows are usually known to have high sediment loads, and carry high content of sediment into the body of rockfill dam with large pores that characterize the body of these types of dams. It is thus essential that the sediment concentration be determined at different points of the body so that one could determine the critical points of sedimentation, the amount of sediment passing and the amount of sediment trapped. Therefore, in the present study, a mathematical model of flow simulator was implemented in MATLAB, on the basis of SaintVenant equations and Forchheimer equation, using finite volume method. Then the mathematical simulator model of the distribution of noncohesive sediment concentration in the body of dam was developed, based on the model output and sediment transport equation, using F.V.M. The model determines the value of the sediment concentrations at different points of the body on the basis of the gridding from the previous stage. The experimental results were used to evaluate the output of these models. The comparison of the experimental and numerical results seemed to verify the accuracy of the numerical model. The mean value of the relative error of sediments was calculated to be 8.14 percent as determined by the comparison made between the measured data on sediment distribution and the values calculated in three sections of the body of dam.