Model of the Effect of Geometric Parameters of Drainage Channels Adjacent to Suburban Roads on Flow Hydraulics and Sedimentation Reduction

Document Type : Original Article

Authors
Shahab Hassanpour 1
Adel Ajorloo 2
1 Assistant Professor, Department of Civil Engineering, Ayatollah Borujerdi University, Borujerd, Iran.
2 M.Sc., Student, Ayatollah Borujerdi University, Borujerd, Iran.
10.22034/road.2026.565347.2459
Abstract
The problem has been modeled in the SSIIM software environment. Based on the results of the study, it has been observed that the lowest horizontal velocity in the trapezoidal drainage channel cross section occurred for a drainage channel bottom width of 90 cm and a drainage channel wall angle of 75 degrees. Also, the maximum vertical velocity occurred for a discharge of 4 m3/s, and in this case, the highest amount of secondary flows occurred. It was further observed that increasing the angle of the drainage channel wall from 69° to 75° did not cause any significant changes in the shear stress values of the drainage channel cross-section. This is also true for the range of changes in the drainage channel bottom from 50 to 90 cm. In examining the effects of changing the longitudinal slope on sediment trapping performance, it was observed that increasing the longitudinal slope to 5% and 10% increased the sediment trapping efficiency. The highest efficiency at a slope of 10% was for the trapezoidal cross-section (52.3%) and the lowest was for the rectangular cross-section (42.8%). The MCDM method was used to determine the best cross-section. The trapezoidal cross-section with the highest score was evaluated as the best option.
Keywords
Drainage channels
SSIIM software
flow
efficiency
-کرمی‌مقدم، مهدی، شفاعی‌بجستانی، محمود و صدقی، حسین (1389). مطالعه آزمایشگاهی و عددی الگوی جریان در آبگیر 30 درجه منشعب از کانال زهکشی ذوزنقه‌ای. مجله علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی، علوم آب و خاک، شماره 57، 47-35.
-منتصری، حسین، قدسیان، مسعود، شفعی‌فر، مهدی، صالحی‌نیشابوری، علی و دهقانی، امیراحمد (1387). مطالعه میدان جریان و آبشستگی در قوس 180 درجه با حضور آبگیر جانبی. مجله علوم کشاورزی و منابع طبیعی، 15 (2)، 114-109.
-پیرستانی، محمدرضا (1383). بررسی الگوی جریان و آبشستگی در دهانه ورودی آبگیر کانال زهکشی‌های دارای انحنا. رساله دکتری، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات.
-صفرزاده، اکبر (1383). شبیه‌سازی عددی الگوی جریان در آبگیری جانبی از قوس 180 درجه. پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه تربیت مدرس.
-اقبال‌زاده، احمد (1379). مطالعه تجربی تغییرات بستر در قوس 180 درجه. پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه تربیت مدرس، تهران.
-قدسیان، مسعود، واقفی، محمد و پناه‌پور، نیما (1387). بررسی آزمایشگاهی الگوی جریان در قوس 90 درجه.­ چهارمین کنگره ملی مهندسی عمران، دانشگاه تهران.
-عباسی، علی اکبر (1382). مطالعه آزمایشگاهی کنترل رسوب در آبگیرهای جانبی در مسیرهای مستقیم. رساله دکتری، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه تربیت مدرس.
-سیدیان، مرتضی و شفاعی‌بجستان، محمود (1389). مقایسه رسوب معلق ورودی به آبگیر با تغییر زاویه دیواره کانال زهکشی اصلی از قائم به 45 درجه. نشریه آب و خاک، شماره 5، 994-985.
-منصوری، امیررضا (1385). شبیه‌سازی سه‌بعدی تغییرات بستر در قوس 180 درجه پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه تربیت مدرس، تهران.
-شکیبایی‌نیا، احمد، زراتی، امیررضا و مجدزاده‌طباطبایی، محمدرضا (1387). کاربرد مدلسازی عددی سه‌بعدی در شبیه‌سازی پدیده‌های پیچیده مهندسی رودخانه. نشریه دانشکده فنی، 42 (4)،455-443.
-سیدیان، مرتضی، کرمی‌مقدم، مهدی و شفاعی‌بجستان، محمود (1387). بررسی الگوی جریان در آبگیر 90 درجه با گردشدگی ورودی با استفاده از مدل SSIIM2 و مقایسه با مدل فیزیکی.چهارمین کنگره ملی مهندسی عمران، دانشگاه تهران.
-کرمی‌مقدم، مهدی، سیدیان، مرتضی. و شفاعی‌بجستان، محمود (1387). بررسی الگوی جریان در آبگیر 55 درجه با گردشدگی ورودی با استفاده از مدل SSIIM2 و مقایسه با مدل فیزیکی. چهارمین کنگره ملی مهندسی عمران، دانشگاه تهران.
-رستم‌آبادی، معصومه، صالحی‌نیشابوری، علی اکبر، پیرستانی، محمد رضا و منتصری، حسین (1388). شبیه‌سازی عددی تأثیر پارامترهای هیدرولیکی بر الگوی جریان در آبگیری جانبی از کانال زهکشی‌های قوسی. هشتمین کنگره بین‌المللی مهندسی عمران، دانشگاه شیراز.
-منتصری، حسین (1387). کنترل رسوب ورودی به آبگیر جانبی با استفاده از صفحات مستغرق در قوس 180 درجه. رساله دکتری، دانشگاه تربیت مدرس، تهران.
-اژدری‌مقدم، مهدی. و تاج‌نسایی، مهنا (1389). مدلسازی عددی سلول‌های جریان ثانویه در کانال زهکشی‌های ذوزنقه‌ای با زبری یکنواخت. فصلنامه مدلسازی در مهندسی. 69-58.
-فرشی، فاطمه و کبیری‌سامانی، عبدالرضا (1389). تنش برشی جداره در کانال زهکشی‌های باز با بهترین مقطع هیدرولیکی ذوزنقه‌ای. نهمین کنفرانس هیدرولیک ایران، تهران.
-فرشی، فاطمه، کبیری‌سامانی، عبدالرضا و چمنی، محمدرضا (1390). تنش برشی متوسط کف و دیواره‌ها. ششمین کنگره ملی مهندسی عمران، سمنان.
-جاوید، سجاد، بهرامی‌فر، امیر و میرعلی‌محمدی (1391). تعیین پارامترهای هیدرولیکی جریان به رو­CFD. یازدهمین کنفرانس هیدرولیک ایران، ارومیه.
-اژدری‌مقدم، مهدی، تاج‌نسایی، مهنا و گسوه‌چی، محمد (1392). به‌کارگیری دینامیک سیالات محاسباتی در مدلسازی سلول‌های جریان ثانویه در کانال زهکشی ذوزنقه‌ای. فصلنامه مهندسی عمران فردوسی. 26-16.
-کرمی‌مقدم، مهدی، نورزاده‌حداد، مهدی و شفاعی‌بجستان، محمود (1392). مقایسه قدرت جریان ثانویه در زوایای مختلف آبگیری. چهارمین همایش ملی مدیریت شبکه‌های آبیاری و زهکشی، اهواز.
-Mockmore, C.E. (1944). Flow around bends in stable channels. Transactions, ASCE, 109.
-De Vriend, H.J. (1979). A mathematical model of steady flow in curved shallow channels. Journal of Hydraulic Research, 15(1), 37–54.
-Mosonyi, E. and Gotz, W. (1973). Secondary currents in subsequent model bends. International Symposium on River Mechanics, AIT, Bangkok, 1:191–201.
-Odgaard, A.J. and Bergs, M.A. (1988).low processes in a curved alluvial channel. Water Resources Research, 24(1), 45–56.
-Ciray, C. (1976). “On secondary currents.12th IAHR Congress, Fort Collins, 1:408–413.
-Prandtl, L. (1952). Essentials of Fluid Dynamics. Hofner Publishing Co., New York.
-Rozovskii, I.L. (1957). Flow of water in bend of open channel. Academy of Sciences of the Ukrainian SSR.
-Chow, V.T. (1979). Open Channel Hydraulics. McGraw-Hill, New York.
-Neary, V., Sotiropoulos, F. and Odgaard, A.J. (1999). Three-dimensional numerical model of lateral-intake inflows. Journal of Hydraulic Engineering, 125(2), 126–140.
-Taylor, E. (1944). Flow characteristics at rectangular open-channel junctions. Hydraulic Engineering Division ASCE, 109:893–912.
-Thomson, M. (1949). Theoretical Hydrodynamics. McMillan, UK.
-Hager, W.H. (1992). Discussion of dividing flow in open channels. Journal of Hydraulic Engineering, 118(4), 634–637.
-Weber, L.J., Schumate, E.D. and Mawer, N. (2001). Experiments on flow at a 90°open-channel junction. Journal of Hydraulic Engineering, 127(5), 340–350.
-Scheuerlin, H. (1984). Die Wasserentnahme. Ernst and Sohn, Germany.
-Neary, V., Barkdoll, B. and Odgaard, A.J. (1994). SandBar formation in side diversion channels. Journal of Hydraulic Engineering, 1171–1175.
-Barkdoll, B.D., Ettema, R. and Tsou, J. (1997). Sediment control at riverside water intakes. International Joint Power Generation Conference, Denver, 227–232.
-Inglis, C. (1949). The Behavior and Control of Rivers and Canals. Research Publication No.13, Government of India.
-Joglekar, D. (1959). Manual on River Behavior, Control and Training. Irrigation and Power, 177–190.
-Blanchet, C. (1975). Canal intakes problems. ICID 9th Congress, Moscow, 22:293–302.
-Toru, K. (1975). “Design of irrigation water intake. ICID 9th Congress, Moscow,35:311–352.
-Razvan, E. (1989). River Intake and Diversion Dams. Elsevier, New York.
Novak, P., Moffat, A. and Nalluri, C. (1990). Hydraulic Structures. Pitman, London.
-Raudkivi, A.J. (1993). Sedimentation, Exclusion and Removal of Sediment from Diverted Water. IAHR.
-Blanckaert, K. and Graf, W.H. (2001). Mean flow and turbulence in open channel bend. Journal of Hydraulic Engineering, 127(10).
-Lien, H.C., Hsieh, T.Y. and Yang, J.C. (1999). Bend-flow simulation using 2D depth-averaged model. Journal of Hydraulic Engineering, 125(10), 1097–1108.
-Leschziner, M.A. and Rodi, W. (1979). Calculation of strongly curved open channel flow. Journal of Hydraulic Division, 105(10), 1297–1313.
-Booij, R. (2003). Measurements and large eddy simulations. Journal of Turbulence, 4(1).
-Shams, M., Ahmadi, G. and Smith, D.H. (2002). Computational modeling. Advances in Water Resources, 25, 689–699.
Wright, N.G., Honarbakhsh, A. and Thorne, C. (2002). Numerical modeling of bank erosion.  River Flow 2002, 2:633–638.
-Wilson, C.A.M.E., Boxall, J.B., Guymer, I. and Olsen, N.R.B. (2003). Validation of a 3D numerical code. Journal of Hydraulic Engineering, 129(10), 758–767.
-Ghobadian, R. and Mohammadi, K. (2011). Simulation of subcritical flow. Journal of Water Science and Engineering, 4(3), 270–283.
-Issa, R.I. and Oliveira, P.J. (1994). Numerical prediction of phase separation. Computers and Fluids, 23(2), 347–372.
-Neary, V. and Sotiropoulos, F. (1996). Numerical investigation of laminar flows. Computers and Fluids, 25(2), 95–118.
-Huang, J., Weber, L.J. and Lai, Y.G. (2002). Three-dimensional numerical study. Journal of Hydraulic Engineering, 128(3),268–280.
-Ruether, N., Singh, J.M., Olsen, N.R.B. and Atkinson, E. (2004). 3-D computation of sediment transport. Journal of Water Management, 158(4).
-Olsen, N.R.B. (2004). SSIIM Users’ Manual. NTNU.
-Olsen, N.R.B. and Melaaen, M.C. (1993). Three-dimensional numerical modeling of scour. Journal of Hydraulic Engineering, 119(9), 579–590.
-Patankar, S.V. (1980). Numerical Heat Transfer and Fluid Flow. Hemisphere Publishing.
-Yakhot, V. and Smith, L.M. (1992).The renormalization group. .J. Sci. Comput., 7, 35–61.
-Olsen, N.R.B. and Kjellesvig, H.M. (1994). Three-dimensional numerical modeling of bed changes. Journal of Hydraulic Research, 37(2), 189–198.
-Van Rijn, L.C. (1984). Sediment transport, part I: bed load transport. Journal of Hydraulic Engineering, 110(10), 1431–1456.
-Olsen, N.R.B. (2004). Hydroinformatics, Fluvial Hydraulics and Limnology. NTNU.
Versteeg, H.K. and Malalasekera, W. (1995). An Introduction to Computational Fluid Dynamics. Longman.
-Schlichting, H. and Gersten, K. (2000). Boundary Layer Theory. Springer.
-Vanoni, V. (1975). Sediment Engineering. ASCE Manual No. 54.
-Olsen, N.R.B. (2000). CFD algorithm for hydraulic engineering. Class notes, NTNU.
-Rhie, C.M. and Chow, W.L. (1983). Numerical study. AIAA Journal, 21, 1525–1532.
-Lu, W.Z., Zhang, W.S., Cui, C.Z. and Leung, A.Y.T. (2004). A numerical analysis. Computational Mechanics, 33, 215–224.
-Dey, S. (2001). Experimental study on incipient motion. International Journal of Sediment Research, 16(3), 391–398.
-Olsen, N.R.B. (1991). A three-dimensional numerical model for simulation of sediment movements in water intakes. Ph.D. Thesis, University of Trondheim.
-Olsen, N.R.B., Pegg, I., Molliex, J., Berger, H.M. and Fjeldstad, H.P. (2005). 3D CFD modeling of sediment erosion. XXXI IAHR Congress, Seoul.
-Van Rijn, L.C. (1984). Sediment transport, part II: suspended load transport. Journal of Hydraulic Engineering, 110(11), 1613–1641.
-Baghlani, A. (2012). Application of a high-resolution scheme. Scientia Iranica, 19,1463–1472.