بررسی استهلاک انرژی در سرریزهای پلکانی گابیونی و مشخصات پرش هیدرولیکی پایین دست

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 سازه های آبی، دانشکده مهندسی آب و محیط زیست، دانشگاه شهید چهران اهواز، اهواز، ایران.

چکیده

در سال­ های اخیر سازه ­های توری­سنگی به­ دلیل سهولت اجرا، دسترسی آسان، دوام و اقتصادی بودن به ­صورت گسترده برای استهلاک انرژی اضافی سیستم به­ خصوص در آبراهه ­های فرسایش­ پذیر مورد استفاده قرار گرفته ­اند. سرریزهای پلکانی توری­سنگی(گابیونی)، بیشتر در مسیر رودخانه ­ها به ­منظور حفاظت از بستر رودخانه ­ها و آبراهه های فرسایش­ پذیر به­ کار گرفته شده ­اند. این سرریزها به لحاظ کارایی مناسب در استهلاک انرژی جریان، با عبور دو جریان روگذر و درونگذر بیشتر مورد توجه طراحان قرار گرفته ­اند. بررسی اثر تعداد پلکان سرریزهای پلکانی گابیونی در تغییر شرایط جریان و در نتیجه بر استهلاک انرژی و بررسی مشخصات پرش هیدرولیکی در پنجه این سرریزها از اهداف این پژوهش می­ باشد. برای این منظور شش مدل فیزیکی با سه تعداد پلکان چهار، شش و هشت و شیب ثابت 1:2 (افقی : عمودی) ساخته شد. نتایج نشان می ­دهد که سرریز پلکانی همراه با سبدهای گابیون استهلاک انرژی بیشتری نسبت به نوع بدون گابیون آن دارد که این افزایش تا 13 درصد نسبت به سرریز پلکانی و تا 1/72 درصد نسبت به شوت ساده می­ باشد. همچنین با کاهش تعداد پلکان مشروط به تشکیل جریان ریزشی افت نسبی انرژی افزایش می ­یابد و به ­طور کلی سرریز چهار پله حداکثر میزان افت انرژی و حداکثر درصد کاهش طول پرش هیدرولیکی (55درصد) را در محدوده آزمایش ­های این تحقیق داراست.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Investigation the Energy Dissipation on Gabion Stepped Weirs and Downstream Hydraulic Jump Characteristics

نویسندگان [English]

  • Afshin Mahjoubi 1
  • Seyed Mahmood Kashefipour 2
1 M.Sc. in Hydraulic Structures of Water Structurs, Water and Environmental Engineering, Shahid Chamran University of Ahvaz, Iran.
2 Professor of Department of Water Structurs Faculty of Water and Environmental Engineering, Shahid Chamran University of Ahvaz, Iran.
چکیده [English]

Net-Stone water structures, in particular gabion stepped weirs, have become more prevalent due to their significant impact on reducing energy dissipation, proper stability, cost-effectiveness, ease of construction, and increasing the level of oxygen in the mixed water. Furthermore, due to air entrainment, the flow rate passing through the structure can prevent a considerable amount of cavitation, which is one of the problems in the design of hydraulic structures such as weirs (Shamsayi and Paknahal, 2005). One of the important characteristics of this structure is the internal flow through the permeable body of the weir, which creates complexities in the flow behavior. The energy dissipation of gabion stepped weirs is a function of the upstream and downstream slope of the weir, the number of steps, porosity, and the Froude number. Changing the porosity leads to a change in the ratio of the internal flow to the overtopping flow, and consequently, the amount of energy dissipation changes.
Wüthrich and Chanson (2014) and Pallavi and Harshith (2018) conducted experiments to investigate the flow characteristics of the overtopping and internal flow of gabion weirs and compared the hydraulic characteristics of this type of weir with a solid weir. The results showed that the energy dissipation in the gabion weir is higher than the solid weir due to the division of the overtopping and internal flow.
The aim of this study is to investigate the effect of the number of steps in gabion stepped weirs with a fixed slope on the energy dissipation of the structure. It should be noted that in the case of a small number of steps, the flow conditions on the steps are often in a cascading form, which leads to more energy loss. Certainly, increasing the energy loss of the structure is affected by the downstream hydraulic jump conditions and the length of the calm pool.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Energy dissipation
  • number of steps
  • the mixture of through and over flow
  • Aziz, A., Meftah Halaghi, M., Dehghani, A.A. and Suzuki, K., 2008. Effect of Material Porosity on Energy Dissipation in Gabion Stepped Weirs. In ICHE 2008. Proceedings of the 8th International Conference on Hydro-Science and Engineering, September 9-12, 2008, Nagoya, Japan.

 

  • Chafi, C., Hazzab, A. and Seddini, A., 2010. Study of flow and energy dissipation in stepped spillways. Jordan Journal of Civil Engineering4(1), pp.1-11.

 

  • Chamani, M.R. and Rajaratnam, N., 1999. Characteristics of skimming flow over stepped spillways. Journal of Hydraulic Engineering125(4), pp.361-368.

 

  • Chanson, H., 1994. Comparison of energy dissipation between nappe and skimming flow regimes on stepped chutes. Journal of Hydraulic Research32(2), pp.213-218.

 

  • Chanson, H. 2004. Hydraulic Jumps and Noncircular Spillways. Oxford, UK: Elsevier.

 

  • Chinnarasri, C., Donjadee, S. and Israngkura, U., 2008. Hydraulic characteristics of gabion-stepped weirs. Journal of Hydraulic Engineering134(8), pp.1147-1152.

 

  • Chow VT, 1959. Open Channel Hydraulics. Mc Grow Hill Book Co, New York, NY.

 

  • Christodoulou, G.C., 1993. Energy dissipation on stepped spillways. Journal of Hydraulic Engineering119(5), pp.644-650.

 

  • Felder, S. and Chanson, H., 2011. Energy dissipation down a stepped spillway with nonuniform step heights. Journal of Hydraulic Engineering137(11), pp.1543-1548.

 

  • Gonzalez, C.A., Takahashi, M. and Chanson, H., 2008. An experimental study of effects of step roughness in skimming flows on stepped chutes. Journal of Hydraulic Research46(sup1), pp.24-35.

 

  • Heydari Orojlo, S., Mousavi Jahromi, S. H., Adib, A. 2010. 'Influence of the steeped spillway slope on the number of optimal steps', Irrigation Sciences and Engineering, 33(2), pp. 127-140. doi: 10.22055/jise.2010.13484. (in Persian).

 

  • Peyras, L.A., Royet, P. and Degoutte, G., 1992. Flow and energy dissipation over stepped gabion weirs. Journal of Hydraulic Engineering118(5), pp.707-717.

 

  • Salmasi, F., Farsadizade, D. and Mohit, H., 2011. Experimental evaluation of energy dissipation over gabion stepped spillway. Water and Soil Science21(4), pp.152-164. (in Persian).

 

 

  • Sorensen, R.M., 1985. Stepped spillway hydraulic model investigation. Journal of Hydraulic Engineering111(12), pp.1461-1472.

 

  • Wüthrich, D. and Chanson, H., 2014. Hydraulics, air entrainment, and energy dissipation on a Gabion stepped weir. Journal of Hydraulic Engineering140(9), p.04014046.
دوره 46، شماره 1
خرداد 1402
صفحه 65-76
  • تاریخ دریافت: 30 خرداد 1400
  • تاریخ بازنگری: 25 اردیبهشت 1401
  • تاریخ پذیرش: 30 اردیبهشت 1401
  • تاریخ انتشار: 01 خرداد 1402