بررسی پارامترهای مؤثر بر حداکثر عمق و طول حفره آبشستگی پائین دست سرریز کنگره ای مثلثی بدون کف بند

نوع مقاله : پژوهشی اصیل (کامل)

نویسندگان
علی باباخانی 1
مجتبی مرسلی 2
1 استادیار دانشکده فنی و مهندسی، گروه عمران، دانشگاه زنجان
2 دانشجوی کارشناسی ارشد،‌ گروه عمران، دانشگاه زنجان
چکیده
استفاده از سرریزهای کنگره ­ای به دلیل کاهش قابل توجه هزینه­ ها و مشکلات اجرایی در مقایسه با سایر سرریزها مورد توجه طراحان اینگونه سازه­ ها می­باشد این امر به علت افزایش طول مؤثر سرریز در عرض محدودی از کانال خروجی سرریز صورت می­گیرد. یکی از مهمترین چالش­ های پیشروی این سرریزها، تامین پایداری این سازه­ها می ­باشد که با توجه به اینکه این سرریزها در معرض جریان سیلابهای متعددی قرار می گیرند لذا پائین­ دست این سازه­ ها همواره در معرض آبشستگی و فرسایش قرار دارد. بنابراین یکی از پارامترهای اساسی در طراحی فونداسیون سازه سرریز جهت تامین­ پایداری آن، برآورد دقیق ابعاد حفره آبشستگی می ­باشد. به همین منظور در این تحقیق آبشستگی پائین­ دست سرریز کنگره بدون کف­ بند مورد مطالعه قرار گرفته است تا تخمین مناسبی برای ابعاد کف ­بند احتمالی بدست آید. در همین راستا علاوه بر مقادیر حداکثر عمق­ آبشستگی، مقادیر طول و عرض حفره آبشستگی ناشی از آزمایش­ های مختلف مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته است. در این تحقیق آزمایش­ های آبشستگی با سرریزهای کنگره ­ای با 6 زوایه مختلف کنگره 15، 5/22، 30، 45، 5/67 درجه و خطی (مدل شاهد) در 7 حالت نسبت هدآب به ارتفاع سرریز 1/0 تا 7/0 انجام گرفته است. در این آزمایش­ها تأثیر هد آب روی سرریز، عدد فرود جریان و زاویه کنگره سرریز بر میزان عمق آبشستگی، ابعاد آبشستگی و نیز پشته ­رسوبی مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته­ است. بر مبنای نتایجی که از آزمایش­ ها بدست آمده می ­توان دریافت که به ازای مقادیر مختلف پارامترهای هد آب روی سرریز و زوایای کنگره، مکانیزم آبشستگی حول سرریز متفاوت بوده و بر میزان عمق آبشستگی و سایر ابعاد حفره تأثیر بسزایی دارد. بطوریکه با افزایش7 برابری هد آب روی سرریز بطور متوسط عمق آبشستگی 12 برابر و طول حفره 10 برابر افزایش داشته و افزایش 6 برابری زاویه کنگره نیز منجر به کاهش 70 درصدی عمق آبشستگی می­ شود. همچنین با کمی تأمل در مقادیر ابعاد نهایی حفره آبشستگی مشاهده گردید که مقادیر طول و حجم حفره نهایی آبشستگی ناشی از آزمایش­های مختلف، با نسبتی از عمق آبشستگی تغییر می­کنند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله English

Investigation on the effect of different parameters on maximum scour depth at triangular labyrinth weir without apron

نویسندگان English

Ali Babakhani 1
mojtaba morsali 2
1 Assistant professor, Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, Zanjan University
2 MSc student, Civil Engineering, Zanjan University
چکیده English

We studied downstream scour at the triangular labyrinth spillway. In this study, we used labyrinth spillway with 6 different angles (150, 300,450, 67.50, Linear) and seven ratios (H/P=0.1-0.7 ). In this experiments the effect of H/P, Froude number and cycle angle on scour depth and hole dimensions were investigated. The results indicated that H/P, Froude number and cycle angle had a significant effect on scour depth and hole dimensions. When H/P increased 7 times, scour depth increased 12 times and scour length 10 times. Furthermore, whit increasing cycle angle 6 times, scour depth decreased 70%. There is no reasonable relationship between hydraulically parameters and the maximum height of sediment mound. Finally, with analyzing data and the results of experiments, we presented some empirical formulas for estimating of scour-hole dimensions.

کلیدواژه‌ها English

scour
Downstream
weir
Labyrinth
Triangular
Without apron
[1] Gentilini, B.,"Stramazzi con cresta a pianta obliqua e a zig-zag". Memorie e study dell‘Instituto diIdraulica e Costruzioni Idrauliche del Regio Politecnico di Milano. 1941, No. 48. (in Italian).
[2] Hay, N and Taylor, G.,"Performance and design of labyrinth weirs". ASCE,J. Hydraul. Eng, 1970, 96(11), 2337-2357.
[3] Wormleaton, P and Tsang, C., "Aeration performance of rectangular planform labyrinth weirs". American Society of Civil Engineering, Journal of Environmental Engineering, 2000, 127(5): 456-465.
[4] Melo, J., Ramos, C and Magalhães, A., "Descarregadores com soleira em labirinto de um ciclo em canais convergentes". Determinação da capacidad de vazão. Proc. 6° Congresso da Água, Porto, Portugal. (in Portuguese), 2002.
[5] Ghodsian, M., "Stage-discharge relationship for a triangular labyrinth spillway". Proc. Inst. Civ. Eng. Water Manage, 2009, 162(3):173–178
[6] Crookston, B.M and Tullis, B., "Hydraulic performance of labyrinth weirs".Proc. of the Int. Junior Researcher and Engineer Workshop on Hydraulic Structures(IJREWHS’10). Edinburgh, U.K, 2010.
[7] Crookston, B.M and Tullis, B.P., "Hydraulic characteristics of labyrinth weirs, Labyrinth and Piano Key weirs (PKW)", 2011, 25-32.
[8] Crookston, B.M., Tullis, B.P., "Discharge Efficiency of Reservoir-Application-Specific Labyrinth Weirs", American Society of Civil Engineering, Journal of Hydraulic Engineering, 2012, 138(6), 564-568.
[9]جعفری ندوشن، ا. بررسی ضریب گذردهی سرریزهای کنگره‌ای به روش CFD و بهینه سازی هندسه سرریز با استفاده از مدل فازی- عصبی و الگوریتم ژنتیک. پایان نامه کارشناسی ارشد عمران سازه‌های هیدرولیکی، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان1389 ,.
[9 in English ] Jafari nadoshan, A," Investigation of discharge coefficient of trapezoidal labyrinth Spillway with using ANFIS Models and Genetic Algorithms", MSc Thesis, Sistan and Baluchestan University, Zahedan, Iran, 2010.
[10] Shaghaghian, M.M.,Taghi Sharifi, M., “Numerical Modeling of Sharp-Crested Triangular Plan Form Weirs Using FLUENT”,Indian Journal of Science and Technology, 2015, 8(34),782-789.
[11] Abbaspuor, B., Hamzeh Haghiabi, A., Maleki, A., Torabi Poodeh, H., “Experimental and numerical evaluation of discharge capacity of sharp-crested triangular plan form weirs.” Int. J. Engineering Systems Modelling and Simulation. 2017, Vol.9, No.2.
[12] Mohammadzadeh-Habili, J., Heidarpour, M., Samiee, S., "Study of Energy Dissipation and Downstream Flow Regime of Labyrinth Weirs". Iran Journal Sci Technol Trans. Civ .Eng, 2017, 142(3): 231–243.
[13] Marion, A and Gaudio, R., "Time evolution of scouring downtream of bed sills". J. Hydraul. Res, 2003, 41(3): 271-284.
[14] Ghodsian, M., Melville, B.and Tajkarimi, D., "Local scour due to free overfall jet". Proc of the inst of civil Engg, Water management, 2007, 159(4): 253-260.
[15] Bhuiyan, F., Hey, R.D and Wormleaton, P.R., "Hydraulic evaluation of w-weir for river restoration".ASCE,J. Hydraul. Eng, 2007, 133( 6): 596-609.
[16] Scurlock, S.M., Thornton, L.C and Abt, S.R., "Equilibrium scour downstream of three-dimensional grade control structures". J. Hydraul. Eng, 2012, 138(2): 167-176.
[17] Melville, B.W. and S.Y. Lim., "Scour caused by 2D horizontal jets". J. Hydraul. Eng, 2013, 140(2): 149-155
[18]اسمعیلی‌ورکی، م.،رجائی، ا و شفیعی‌ثابت، ب. (1396). مطالعه آزمایشگاهی آبشستگی موضعی در پائین دست سازه‌های کنترل تراز بستر با پلان کنگر‌ه‌ای. تحقیقات مهندسی سازه های آبیاری و زهکشی، ج18(68): 129-142.
[18 in English] Esmaeili-Varaki, M , Rajaei, A, Shafiei-Sabet, B. " Laboratory Study on Local Scour at the Downstream of Grade Control Structures with Labyrinth Planform", Irrigation and Drainage Structures Engineering Research, 2017,18 (68), 129-142.
مهندسی عمران مدرس
دوره 20، شماره 1
فروردین و اردیبهشت 1399
صفحه 25-34