بررسی آزمایشگاهی استهلاک انرژی جریان از روی سرریز گابیونی پله‌ای

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده کشاورزی دانشگاه تبریز

چکیده

سرریزهای گابیونی یا توریسنگی پله­ای کاربردهای زیادی در ساختمان سدها، مهندسی رودخانه و حفاظت خاک دارند. این نوع سرریزها از انعطاف زیادتری نسبت به نوع صلب آن برخوردار بوده و در مقابل بارهای ناشی از فشار آب مقاوم و پایدار هستند. استهلاک انرژی جریان از روی چنین سازه­ای به علت وجود جریان درون­گذر و روگذر پله­ها  زیاد بوده و لذا هزینه­های ساخت حوضچه آرامش کاهش می­یابد. از خصوصیات مهم این نوع سازه، جریان درون­گذر از داخل جسم متخلخل سرریز است که پیچیدگی­هایی را در رفتار جریان ایجاد می­کند. اکثر تحقیقات انجام یافته تاکنون مربوط به سرریزهای پلکانی سدهای بزرگ بتنی و صلب بوده است و در مقایسه با آن، مطالعات بر روی سرریزهای پلکانی گابیونی بسیار اندک بوده است. بررسی هیدرولیکی عبور جریان از روی پله­ها و نیز محیط متخلخل درون سازه گابیونی و محاسبه افت انرژی از اهداف این پژوهش می­باشند. برای این منظور 9 مدل فیزیکی از سرریز گابیونی پله­ای با 3 تخلخل مختلف و شیب های 1:1 و 1:2 ساخته شد. برای بررسی نفوذ پذیری پله­ها در افت انرژی، وجه افقی و عمودی پله­ها توسط ورق آهنی نفوذ ناپذیر گردید. نتایج نشان می­دهند که در دبی­های بالا که رژیم جریان غیر ریزشی یا شبه صاف اتفاق می­افتد، استهلاک انرژی در سرریز گابیونی بیشتر است که این مورد باید در طراحی مد نظر قرار گیرد. در واقع در دبی­های بیشتر، جریان به دو بخش روگذر و درون گذر تفکیک می شود. پله­ها زیر آب قرار می­گیرند و تاثیر زبری آنها کمتر شده و در مقابل تاثیر جریان درون گذر در افت انرژی افزایش می­یابد. استهلاک انرژی در سرریز دارای پله­های نفوذ ناپذیر (دارای ورق آهنی در پله­های افقی و عمودی تواما) در دبی­های کم بیشتر از سایرین است و در مرحله بعد به ترتیب سرریز گابیونی، سرریز با دیواره عمودی غیر قابل نفوذ و سپس سرریز با کف افقی غیر قابل نفوذ  قرار دارند. افزایش تخلخل از 38 تا 42 درصد موجب افزایش استهلاک انرژی گردید. همچنین با کاهش شیب از 1:1 به 1:2 بر میزان استهلاک انرژی افزوده شد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Experimental Evaluation of Energy Dissipation over Gabion Stepped Spillway

نویسندگان [English]

  • F Salmasi
  • D Farsadizade
  • H Mohit
چکیده [English]

        Stepped gabion spillways have many applications in dam structure, river engineering and soil conservation works. These types of weirs have more flexibility in respect to rigid (impervious) type and are more stable against water pressure. Energy dissipation through this weir is high due to over flow and inflow from steps, so the cost of stilling basin construction can be reduced. Flowing water through the body of weir is one of its important characteristics that make flow condition more complex. Most of the researches until now were on rigid stepped weir in large dams and there are a few studies on gabion stepped spillways. The purpose of this study is to investigate flow over and through the gabion stepped spillway body and determine energy dissipation rate. For this purpose 8 physical gabion stepped spillways with 3 different porosities 38 to 42 percent and two slopes 1:1 & 1:2 (V:H) were made and  iron plate on each horizontal or vertical step was used to study the effect of step pervious on energy dissipation. Results show that at higher discharge, energy dissipation is more in pervious (gabion) spillway. In fact at higher discharge or skimming flow regime, energy dissipation divided in to over flow and inflow through the spillway body. In this situation energy dissipation through the spillway body have more effect on total energy dissipation. Thus in skimming flow regime, gabion stepped spillway will have greaterenergy dissipation. At lower discharge, energy dissipation is more in impervious stepped spillway. In this condition other rank belongs to gabion, step with vertical plate and step with horizontal plate respectively. Gabion with higher porosity had bigger energy dissipation and with increasing in discharge, their differences tend to zero. Slope decreasing from 1:1 to 1:2 causes more energy dissipation.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Energy dissipation
  • Porosity
  • Spillway slope
  • Stepped gabion spillway
ابراهیمی ن­ق، کاشفی­­پور م و ابراهیمی ک، 1384. بررسی خصوصیات هیدرولیکی جریان بر روی مدل سرریز توری­سنگی پلکانی. صفحه های 120-108. پنجمین کنفرانس هیدرولیک ایران. خرداد ماه، دانشکده مهندسی دانشگاه شهید باهنر کرمان.
عزیزی ا، مفتاح هلقی م،  تبار احمدی ض و گلمائی ح، 1387. بررسی تاثیر تخلخل مصالح مورد استفاده بر افت انرژی جریان در سرریزهای پلکانی گابیونی.. مجله علوم کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه گرگان. جلد پانزدهم، شماره اول. صفحه­های 158-150
مفتاح هلقی م،  عزیزی ا، دهقانی ا و الحسینی ن، 1388، استهلاک انرژی جریان در سرریزهای پلکانی توری سنگی با به کارگیری صفحات نفوذناپذیر. مجله علوم کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه گرگان. جلد شانزدهم، شماره دوم. صفحه­های 241-234.
Chamani MR and Rajaratnam N, 1999. Characteristics of skimming flow over stepped spillways. Journal of Hydraulic Engineering ASCE 125(4): 361-368.
Chanson H, 1994. Comparison of energy dissipation between nappe and skimming flow regimes on stepped chutes. Journal of Hydraulic Research, IAHR 32(2): 213-218.
Gonzalez Carlos A, Takahashi M and Chanson H, 2008. An experimental study of effects of step roughness in skimming flows on stepped chutes. Journal of Hydraulic Research, IAHR 46(2): 24-35.
Peyras L, Royet P and Degoutte G, 1992.  Flow and energy dissipation over stepped gabion weirs. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE 118(5): 707-717.
Rand W, 1955. Flow geometry at straight drop spillway.  Proceedings, ASCE 81(791): 1-13.