مدل‌سازی عددی جریان گل‌آلود در مخزن سد دز

نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی علوم آب دانشگاه شهید چمران اهواز

چکیده

دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) در تحلیل پدیده‌های سیالاتی به علت دقت بالای آن به طور گسترده‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد. با این حال، استفاده از مدل عددی در تحقیق و پژوهش جریان‌های گل‌آلود ورودی به مخزن یک رویکرد نسبتاً جدید است، زیرا هیدرودینامیک جریان گل‌آلود به یک مخزن بسیار پیچیده می‌باشد. اطلاع از نحوه حرکت، پخش و گسترش طولی، عرضی و عمقی و زمان رسیدن آن‌ها به بدنه سد در مدیریت بهینه زمان باز و بسته شدن دریچه‌ها حائز اهمیت است. سد دز یکی از سدهای مهم کشور بوده که در شمال خوزستان قرار گرفته است. در این مقاله از دو مدل یک بعدی و سه بعدی جهت شبیه­سازی پیشروی جریان‌ گل‌آلود ورودی به مخزن سد دز استفاده گردید. کمیت­های هیدرودینامیکی جریان گل‌آلود شامل ارتفاع و سرعت متوسط جریان به دست آمده از مدل عددی محاسبه و با نتایج داده‏های اندازه‌گیری شده مقایسه گردید که برای سرعت متوسط حداقل خطا 3/6 درصد و حداکثر خطا 5/10مشاهده گردید. خطاهای مشاهده شده برای ارتفاع متوسط جریان حداقل 6/4 و حداکثر 7/8 درصد می‌باشد. از تحلیل مقادیر اندازه‏گیری شده و تخمین زده شده می‏توان بیان داشت که دبی‏های بین۲۳۰ تا ۶۰۰ مترمکعب در ثانیه با غلظت رسوب 5/0 تا 15/1 گرم در لیتر جریان گل‌آلود ضعیغی ایجاد نموده­اند به طوری که این جریان­ها نتوانسته­اند خود را به دیواره سد برسانند. دبی‏های بیش از ۶۰۰ متر مکعب در ثانیه با غلظت رسوب بیش از 2/1 گرم در لیتر جریان گل‌آلود نسبتاً قوی ایجاد نموده­اند که توانسته­اند خود را به دیواره سد برسانند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Numerical Modeling of Turbid Density Current in Dez Reservoir

نویسندگان [English]

  • Mohammad Reza Zayeri
  • Mehdi Ghomeshi
Faculty of Water Engineering, University of Shahid Chamran Ahvaz
چکیده [English]

In Iran, Dez dam has suffered from long flood-induced high turbidity currents. A major problem of this dam is sedimentation that has now blocked the irrigation gates. Mean annual sediment deposition in the reservoir is about 15 million tons. The level of deposited sediment is very close to the intake of power stations. The elevation of sediment deposition has now reached to nearly 14 meters under the intakes of power stations (Research center of power Ministry, 2003). In this study, a high resolution 3-D numerical model is employed based on nonhydrostatic Navier-Stokes equations, to investigate the dynamics of density flows resulting from the complicated reservoir morphometry.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Turbidity current
  • Sedimentation
  • Sluice gates
  • Numerical modeling
بی­نام، گزارش نهایی اندازه­گیری جریان غلیظ در مخزن سد دز-مرکز تحقیقات آب و شرکت سهامی آب و برق خوزستان، 2007.
حسـن­زاده ی، محمدی ف، ابراهیم­زاده ع، "مـدل­سازی رسوب­گذاری مخزن سد ماکو با استفاده از MIKE3"، اولین همایش منطقه­ای مصالح ساختمانی و تکنولوژی­های نوین در مهندسی عمران، مرند، دانشگاه آزاد اسلامی واحد مرند، ۱۳۹۰.
رمضانی ی، قمشی م، "بررسی میزان تأثیر جریان‌های غلیظ بر روند رسوب­گذاری مخزن سد سفیدرود"، نشریه آب و خاک (علوم و صنایع کشاورزی)، 1390، 25 (4)، 880-874.
محمدنژاد ب، شمسایی ا، عباس­نیا ا، "بررسی رسوب­گذاری و رسوب­زدایی مخزن سد سفیدرود با استفاده از مدل­های عددی"، هفتمین کنفرانس هیدرولیک ایران، انجمن هیدرولیک ایران، دانشگاه صنعت آب و برق، ۱۳۸۷.
محمدنژاد ب، شمسایی ا، "مدل­سازی رسوب­گذاری مخازن سدها در اثر جریان چگال"، ششمین کنفرانس بین‌المللی مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی اصفهان، 1382.
محمدنژاد ب، شمسایی ا، "مدل­سازی عددی حرکت جریان‌های زیر سطحی در مخازن سدها"، هفتمین کنفرانس هیدرولیک ایران، دانشگاه صنعت آب و برق، تهران، 1387.
Antar N, Moodie TB, “Weakly Nonhydrostatic Effects in Compositionally Driven Gravity Flows”, Studies in Applied leman, F. Rouge, Lausanne, Switzerland, 381-386 April, 2003.
Balistrieri L, Tempel R, Stillings L, Shevenell L, “Modeling Spatial and Temporal Variations in Temperature and Salinity during Stratification and Overturn in Dexter Pit Lake, Tuscarora, Nevada, USA”, Applied Geochemistry, 1184-1203 May, 2006.
Bell V, George D, Moore R, Parker J, “Using a 1-D Mixing Model to Simulate the Vertical Flux of Heat and Oxygen in a Lake Subject to Episodic Mixing”, Ecological Modelling, 41-54 June, 2006.
Cantero MI, Garcia MH, Buscaglia GC, Bombardelli FA, Dari EA, “Multidimensional CFD Simulation of a Discontinuous Density Current”, Proc. XXX IAHR Congress, 2003, 405-412.
Cheng RT, Casulli V, “Evaluation of the UnTRIM Model for 3-D Tidal Circulation”, In: Proc. of the 7th International Conference on Estuarine and Coastal Modeling. St. Petersburg, FL, 628-642 October, 2001.
Chung SW, Gu R, “Two-Dimensional Simulations of Contaminant Currents in Stratified Reservoir”, Journal of Hydraulic Engineering, 1998, 124 (7), 704.
Cole TM, Wells SA, “CE-QUAL-W2: A Two-Dimensional, Laterally Averaged, Hydrodynamic and Water Quality Model, Version 3”, Instruction Report EL-06-01. Vicksburg, MS, 2006.
De Cesare G, Muller P, Schleiss A, “Experiments on the Entrainment of Sediment into Suspension by a Dense Bottom Current”, Journal of Geophysical Research (Oceans), 2009, 98 (C3), 4793-4807.
De Cesare G, Schleiss A, Hermann F, “Impact of Turbidity Current on Reservoir Sedimentation”, Journal of Hydraulic Engineering, 2001, 127 (1), 6-16.
DHI Software, “MIKE 3 Flow Model FM Manual, Hydrodynamic Module”, Scientific Documentation, DHI Water and Environment, 2000.
Eke E, Viparelli E, Parker G, “Field-scale numerical modelling of breaching as a mechanism for generating continuous turbidity currents”, Geosphere themed issue Exploring the Deep Sea and Beyond, 2011.
Fan J, Morris GL, “Reservoir Sedimentation. II: Reservoir Desiltation and Long-Term Storage Capacity”, ASCE, Journal of Hydraulic Engineering, 1992, 118 (3), 354-369.
Fang X, “Simulation of Thermal dissolved Oxygen Habitat for Fishes in Lakes under Different Climate Scenarios Part 1. Cool-water Fish in the Contiguous US”, Ecological Modelling, 2004, 172 (1), 13-37.
FLOW-3D, “User guide and manual release 9.3”, Flow Science Inc, Santa Fe, NM, 2007.
Fukushima Y, Parker G, Pantin HM, “Prediction of ignitive turbidity currents in Scripps submarine canyon”, Marin. Geo, 67: 55-81 December 2007.
Garcia MH, “Hydraulic jumps in sediment-driven bottom currents”, Journal of Hydraulic, Enginering, ASCE, 1993, 119 (10), 1094-1117.
Ghomeshi M, “Reservoir sedimentation modeling”, Ph. D Thesis, University of Wollongong, Australia, 1995.
Gosink J, “Northern Lake and Reservoir Modeling”, Cold Regions Science and Technology, Elsevier, 13 (3), 281-300, May 1987.
Hamrick JM, “A Three-Dimensional Environmental Fluid Dynamics Computer Code: Theoretical and Computational Aspects”, The College of William and Mary, Virginia Institute of Marine Science. Special Report 317, 1992.
Heidarnejad M, Halvai D, Bina M, “The Proper Option for Discharge the Turbidity Current and Hydraulic Analysis of Dez Dam Reservoir”, World Applied Sciences Journal, 2011, 13 (9), 2052-2056.
Hodges B, Dallimore C, “Estuary, Lake and Coastal Ocean Model: ELCOM v2.2 User Manual, 2007.
Huang H, Imran J, Pirmez C, “Numerical Model of Turbidity Currents with a Deforming Bottom Boundary”, Journal of Hydraulic Engineering, 2005, 131 (4), 283-293.
ICOLD, “World Register of Dams, Update”, International Commission on Large Dams, Paris, 1999.
Lavelli A, Boillat JL, De Cesare G, “Numerical 3D Modeling of the Vertical Mass Exchange Induced by Turbidity Currents in Lake Lugano (Switzerland)”, 5th International Conference on Hydro Science and Engineering, ICHE, 2002.
Parker G, Fukushima Y, Pantin H, “Self-accelerating turbidity currents”, Journal Fluid Mech. 1986, 171, 145-181.
Patterson MD, Simpson JE, Dalziel SB, Nikiforakis N, “Numerical Modelling of Two-dimensional and Axisymmetric Gravity Currents”, International Journal for Numerical Methods in Fluids, 2005, 47 (10-11), 1221-1227.
Sangdo A, Julien P, “Three-Dimensional Modeling of Turbid Density Currents in Imha Reservoir, South Korea”, Journal of Hydraulic Engineering, 2014, 133 (6), 637-648.
Sequeiros OE, Cantero MI, Garcia MH, “Sediment Management by Jets and Turbidity Currents with Application to a Reservoir for Flood and Pollution Control in Chicago, Illinois”, Journal of Hydraulic Research, 2009, 47 (3), 340-348.
Wang ZY, Hu CH, “Strategies for Managing Reservoir Sedimentation”, International Journal of Sediment Research, 2009, 24 (4), 369-384.
Water Research Institute, “Sedimentation in the Reservoir of Large Dams”, Ministry of Energy, Iran, 2000.
Williams N, “Modeling Dissolved Oxygen in Lake Powell using CE-QUAL-W2”, Brigham Young University, 2007.