اثر تخلخل سرریز پلکانی گابیونی بر افت انرژی و مشخصات پرش هیدرولیکی پایین دست سرریز

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد سازه‌های آبی، دانشکده مهندسی آب و محیط زیست، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران.

2 استاد گروه سازه‌های آبی، دانشکده مهندسی آب و محیط زیست، دانشگاه شهید چهران اهواز، اهواز، ایران.

چکیده

امروزه طراحی و اجرای بناهای بتنی، سنگی و خاکی یکی از راه­های مناسب برای کنترل و انحراف آب رودخانه­ها می­باشد. سازه­های توری سنگی و مهم­ترین آن­ها، سرریزهای پلکانی گابیونی به دلیل تأثیر قابل ملاحظه پله­ها بر میزان استهلاک انرژی جریان، پایداری مناسب، اقتصادی بودن، سهولت اجرا و بالا بردن سطح اکسیژن مخلوط در آب رواج بیشتری یافته و توجه روز افزونی به آن می­شود. هدف از این تحقیق بررسی میزان افت انرژی و مشخصات پرش هیدرولیکی و همچنین ارزیابی نقش تخلخل سرریز پلکانی همراه با بسته­های گابیون بر افت انرژی می­باشد. برای این منظور پنج مدل فیزیکی شامل سه مدل سرریز پلکانی گابیونی با سه تخلخل 35، 40 و45 درصد، یک مدل سرریز پلکانی نفوذ ناپذیر و یک تندآب ساخته شد. شیب تمامی مدل­ها ثابت و معادل 1:2 (افقی:عمودی) در نظر گرفته شده است. نتایج نشان می­دهد که سرریزهای پلکانی گابیونی می­توانند مشخصات پرش هیدرولیکی شامل اعماق مزدوج، طول پرش و طول غلتاب را نسبت به نوع نفوذ ناپذیر آن به مقدار قابل­قبولی کاهش دهند. مقادیر افت نسبی انرژی در سرریزهای پلکانی گابیونی بزرگتر از سرریز پلکانی نفوذ ناپذیر است. حداکثر افت انرژی مربوط به مدل پلکانی گابیونی با تخلخل 45 درصد می­باشد که مقدار آن در حدود 86 درصد است که این مقدار نسبت به سرریز پلکانی نفوذ ناپذیر هشت درصد بیشتر است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

The Effect of Gabion Stepped Spillway Porosity on Energy Dissipation and Characteristics of Downstream Hydraulic Jump of Weir

نویسندگان [English]

  • Raziye Naseri 1
  • Seyed Mahmood Kashefi Pour 2
1 M.Sc. in Hydraulic Structures, Shahid Chamran University of Ahvaz, Ahvaz, Iran.
2 Professor of Department of Water Structurs,Water and Environmental Engineering, Shahid Chamran University of Ahvaz, Iran
چکیده [English]

Today, gabion structures and especially gabion stepped spillways have become more popular due to the significant effect of stairs on flow energy dissipation, appropriate stability, being economic, easy implementation, and raising the oxygen level in the water. This type of weirs has more flexibility compared with its impervious type and is resistant to loads due to water pressure. The resistance to water load is likely to be related to flow passing through the porous media, and the gabion stairs can assist with the faster water drainage and reduce the water load behind the structure (Zhang & Chanson, 2016). Extensive studies have been performed on impervious stepped spillways, namely Gonzalez et al. (2016) and Zhang and Chanson (2015).
Reeve et al. (2019) used a numerical model to investigate the flow hydraulic properties on gabion stepped spillway. They studied gabion stepped spillways with four different stair geometries under similar conditions. Their results indicate that flat gabion steps can dissipate more energy than overlapping, inclined, and pooled steps.
Despite extensive investigations on impervious stepped spillways, there has not been sufficient research on gabion stepped spillways. Hence, the primary purpose of this study is to investigate the gabion stepped weirs features, including energy dissipation and characteristics of downstream hydraulic jump.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Energy dissipation
  • Stepped spillway
  • Gabion
  • Porosity
  • Hydraulic jump
  • Azizi, A., Meftah Halaghi, M., Ziatabar Ahmadi, M.Kh., and Golmaei, S.H., 2008. Evaluating The Affection Of Used Material Porosity On Energy Dissipation In Gabion Stepped Weirs. Journal of Agricultural Sciences and Natural Resources, 15(1). pp. 150-158.

 

  • Chanson, H. 1994a. Hydraulics of skimming flows over stepped channels and spillways. Journal of Hydraulic Research. 32(3). pp. 445-460.

 

  • Chanson, H., 1994b. Comparison of energy dissipation between nappe and skimming flow regimes on stepped chutes. Journal of Hydraulic Research. 32(2). pp. 213-218.

 

  • Chanson, H., 1995. Jet flow on stepped spillways. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, 121(5). pp. 441-442.

 

  • Chinnarasri, C., Donjadee, S. & Israngkura, U., 2008. Hydraulic characteristics of gabion-stepped weirs. Journal of Hydraulic Engineering. ASCE, 134(8). pp. 1147-1152.

 

  • Chamani, M.R. & Rajaratnam, N., 1999. Characteristics of skimming flow over stepped spillways. Journal of Hydraulic Engineering. ASCE, 125(4). pp. 361-368.

 

  • Ebrahimi, N.Gh., Kashefipour, S.M. and Ebrahimi, K., 2005. Investigation of hydraulic characteristics of flow on a gabion stepped spillway model. 5th Iranian Conference on Hydraulics. Shahid Bahonar University of Kerman, Iran. (In Persian)
  • Essery, I.T.S. & Horner, M.W., 1971. The hydraulic design of stepped spillways. Report 33, Industry Res. and Information Assoc. London. England.

 

  • Gonzalez, C.A., Takahashi, M. & Chanson, H., 2008. An experimental study of effects of step roughness in skimming flows on stepped chutes. Journal of Hydraulic Research, IAHR, 46(2). pp. 24-35.

 

  • Heydari orojlo, S., Mousavi Jahromi, S.H., and Adib, A., 2010. Influence of the steeped spillway slope on the number of optimal steps. Journal of Irrigation Sciences and Engineering, 33(2). pp. 127-140. (In Persian).

 

  • Matos, J. & Quintela, A,. 1994. Jet flow on stepped spillways. Discussion, Journal of Hydraulic Engineering, 120(2). pp. 443-444.

 

  • Peterka, A.J., 1958. Hydraulic design of stilling basins and energy dissipaters. Engineering Monograph, No. 25, USBR, Denver, Colorado, USA.

 

  • Peyras, L., Royet, P. & Degoutte, G., 1992. Flow and energy dissipation over stepped gabion weirs. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, 118(5). pp. 707-717.

 

  • Rajaratnam, N., 1990. Skimming flow in stepped spillways. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, 116(4). pp. 587-591.

 

  • Rand, W., 1955. Flow geometry at straight drop spillway. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, 81(791). pp. 1-13.

 

  • Reeve, D.E., Zuhaira, A.A., Karunarathna, H., 2019. Computational investigation of hydraulic performance variation with geometry in gabion stepped spillways. Water Science and Engineering, 12(1). pp. 62-72.

 

  • Salmasi, F., Farsadizade, D., and Mohit, H., 2011. Experimental Evaluation of Energy Dissipation over Gabion Stepped Spillway. Water and Soil Science, 21(4). pp. 152-164. (In Persian)

 

  • Sorensen, RM., 1985. Stepped spillway hydraulic model investigation. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, 111(12). pp. 1461-1472.

 

  • Stephenson, D., 1979. Gabion energy dissipaters. Proceedings of the International Commission on Large Dame, New Dehli. Pp: 33-43.

 

  • Wüthrich, D. & Chanson, H., 2014. Hydraulics, air entrainment, and energy dissipation on a gabion stepped weir. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, 140(9), 04014046.

 

  • Zhang, G. & Chanson, H., 2015. Broad-crested weir operation upstream of a stepped spillway. E-Proceedings of the 36th IAHR World Congress. The Hague, the Netherlands.

 

  • Zhang, G., Chanson, H., 2016. Gabion stepped spillway: Interactions between free-surface, cavity and seepage flows. Journal of Hydraulic Engineering. 142(5). https://doi.org/10.1061/(ASCE)HY.1943-7900.0001120.