بررسی اثر اندازه دانه‌بندی مصالح سنگی بر میزان تلفات انرژی در سرریزهای پلکانی گابیونی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد سازه‌های آبی، گروه مهندسی آب، دانشگاه آزاد اسلامی واحد فردوس.

2 دکتری علوم و مهندسی آب- سازه‌های ابی، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی خراسان رضوی.

3 استادیار گروه مهندسی کشاورزی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد فردوس.

چکیده

چکیده
در این مقاله موضوع تلفات انرژی در سرریزهای پلکانی گابیونی و اثر اندازه دانه‌بندی مصالح سنگی بر آن مورد بررسی قرار گرفته است. مدل‌های آزمایشگاهی سرریزهای به کار رفته با مقیاس 1:5 برای حالت 2 و 3 پله به ترتیب دارای ارتفاع 40 و 60 سانتی‌متری ساخته شد. مصالح سنگی به‌صورت سنگ‌های گردگوشه از منابع قرضه بر اساس مقیاس مدل با اندازه‌های 4، 6 و 8 سانتی‌متر معادل اندازه متعارف سنگ‌های بکار رفته در سازه‌های گابیونی تهیه شد. مدل‌ها در فلوم هیدرولیکی به عرض 50 سانتی‌متر با ظرفیت دبی تا 65 لیتر بر ثانیه نصب گردید. نتایج تحقیق نشان داد، بازده انرژی در دانه بندی با قطر 4 سانتی‌متر بیشتر از سایر موارد است. همچنین با افزایش تعداد پله از 2 به 3 پله در سرریزهای گابیونی، راندمان تلفات انرژی افزایش می‌یابد. در کلیه موارد با افزایش دبی عبوری بازده تلفات انرژی در این سرریزها کاهش می‌یابد. ساخت سریزهای پلکانی گابیونی حداکثر تا 3 پله باعث افزایش راندمان تلفات انرژی در محیط آزمایشگاه و به تبع آن در طبیعت خواهد شد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

The Effect of Stone Aggregate Size on Energy loss in Gabion Stepped Spillway

نویسندگان [English]

  • Mansour Torkaman Sarabi 1
  • Seted Hosein Rajaei 2
  • Hamid Reza Gol Kar.Hamzehe Yazd 3
1 M.Sc Student, Department of Water Engineering, Ferdows Branch, Islamic Azad University, Ferdows, Iran.
2 Ph.D in Hydraulic Engineering-Water structures, Khorasan Razavi Agriculture and Natural Resources Research and Education center.
3 Assistant Professor, Department ofWaterEngineering, Ferdows Branch, Islamic Azad University, Ferdows, Iran.
چکیده [English]

Abstract
In this paper, the issue of energy losses in gabion stepped Spillway and the effect of grain size on stone materials on it is investigated. Laboratory models of 1: 5 scale overflows for steps 2 and 3 were made with heights of 40 and 60 cm, respectively. The stone materials were prepared as round stones from borrowed sources based on the scale model with dimensions of 4, 6 and 8 cm, equivalent to the normal size of the stones used in gabion structures. The models were installed in a 50 cm wide hydraulic flow with a discharge capacity of up to 65 liters per second. The results show that energy losses in rocks with a diameter of 4 cm are higher than in other cases. Also, by increasing the number of steps from 2 to 3 steps in gabion overflows, the efficiency of energy losses increases. In all cases, the efficiency of energy losses in these overflows decreases with increasing flow rate. Construction of gabion stairwells up to 3 steps will increase the efficiency of energy losses in the laboratory environment and consequently in nature.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Keywords: Gabion Stepped Spillway
  • Hydraulic Design
  • grading
  • energy loss
مفتاح هلقی،م و بیات،ح. 1375. اثر پلکانی نمودن بالادست سرریزهای توری سنگی بر روی پراکنش انرژی جریان. مجله علمی کشاورزی و منابع طبیعی. 4: 61-55.
کاظمی‌نسبان،غ و شفاعی بجستان،م. 1376. بررسی آزمایشگاهی میزان استهلاک انرژی در سرریزهای پلکانی گابیونی. اولین کنفرانس (اجلاس) ملی هیدرولیک ایران. تهران، دانشگاه خواجه‌نصیرالدین طوسی. 78-96.
ابراهیمی،ن.‌ق.، کاشفی‌پور، م و ابراهیمی،ک. 1384. بررسی خصوصیات هیدرولیکی جریان بر روی مدل سرریز توری سنگی پلکانی. پنجمین کنفرانس (اجلاس) هیدرولیک ایران. خردادماه، دانشکده مهندسی دانشگاه شهید باهنر کرمان.
چانسون،ه. 1384. هیدرولیک شوت‌ها و سرریزهای پلکانی، ترجمه ابوالفضل شمسایی، فرزاد پاک‌نهال دانشگاه صنعتی شریف، موسسه انتشارات علمی. 518.
عزیزی،ا.، مفتاح هلقی،م.، تبار احمدی،ض و گلمائی،ح. 1387. بررسی تأثیر تخلخل مصالح مورداستفاده بر افت انرژی جریان در سرریزهای پلکانی گابیونی. مجله علوم کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه گرگان. 15 .1: 150-158.
مفتاح هلقی،م.، عزیزی،ا.، دهقانی،ا و الحسینی،ن. 1388. استهلاک انرژی جریان در سرریزهای پلکانی توری سنگی با به‌کارگیری صفحات نفوذناپذیر. مجله علوم کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه گرگان. 16 .2: 234-241.
سلماسی،ف، فرسادی‌زاده،د و محیط،ح. 1390. بررسی آزمایشگاهی استهلاک انرژی جریان از روی سرریز گابیونی پله‌ای. نشریه دانش آب و خاک. 21 .4: 152-164.
علاسوند،ک.، احدیان،ج و فتحیان،ح. 1390. بررسی تأثیر زبری بر روی استهلاک انرژی و سرریزهای گابیونی با استفاده از مدل FLOW-3D. فصلنامه‌ی تخصصی علوم و مهندسی آب، دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات خوزستان. 3: 89-97.
رجائی ،س،ح.، خداشناس،س،ر و اسماعیلی،ک. 1396،أ. بررسی آزمایشگاهی افت انرژی در سرریزهای پلکانی گابیونی کوتاه و مقایسه آن با سرریزهای صلب. نشریه آبیاری و زهکش ایران. 11 .2: 181-191.
رجائی ،س،ح.، خداشناس،س،ر و اسماعیلی،ک. 1396،ب. تحلیل آزمایشگاهی تلفات انرژی در سرریزهای پلکانی گابیونی در شرایط بدون رسوب و با رسوب‌گذاری در بالادست سازه. نشریه آبیاری و زهکش ایران. 11 .5: 900-910.
Kells, J. A. 1993. Spatially varied flow over rockfill embankments. Canadian Journal of Civil Engineering. 20.5:820- 827.
Kells, J. A. 1994. Energy dissipation at a gabion weir with throughflow and overflow. In Ann. Conference Can. Soc. Civ. Engrg., Winnipeg, Canada, June. 1-4.
Chamani, M. R., Rajaratnam, N. 1999. Characteristics of skimming flow over stepped spillways. Journal of Hydraulic Engineering, 125,4:361-368.
Chanson, H. 2001. Historical development of stepped cascades for the dissipation of hydraulic energy. Transactions, Newcomen Society for the Study of the History of Engineering and Technology. 71.2:295- 318.
Chanson, H., Toombes, L. 2004. Hydraulics of stepped chutes: The transition flow. Journal of Hydraulic Research, 42,1:43-54.
Hunt, S.L., Kadavy, K. C. 2010a. Energy dissipation on flat-sloped stepped spillways: Part 1. Upstream of the inception point. Transactions of the ASABE. 53,1:103-109.
Hunt, S. L., & Kadavy, K. C. 2010b. Energy dissipation on flat-sloped stepped spillways: Part 2. Downstream of the inception point. Transactions of the ASABE. 53,1:111-118.
Shafai Bejestan, M., Kazemi Nasaban, Gh. 2011. Experimental Study on Gabion Stepped Spillway. Experimental Methods in Hydraulic Research Geoplanet, Earth and Planetary Sciences. 1:267- 274.
Renna, F. M., Frantion, U., Takahashi, M., Ohtsu, I. 2011. Nappe flow over horizontal stepped chutes. Journal of Hydraulic Research. 49,6:826-829.
Salmasi, F., Chamani, M.R & Farsadizade, D. 2012a. Experimental study of energy dissipation over steooed gabion spillways with low heights. IJST, Transactions of Civil Engineering. 36.2:253- 264.
Pagliara, S., Palermo, M. 2013. Rock grade control structures and stepped gabion weirs: Scour analysis and flow features. Acta Geophysica. 61.1:126- 150.
Khatibi, R., Salmasi, F., Ghorbani, M. A., Asadi, H. 2014. Modelling Energy Dissipation Over Stepped-gabion Weirs by Artificial Intelligence. Water resources management. 28.7:1807- 1821.
Nazari, S., Gholami, R. 2014. Laboratory evaluation of Scour rate and energy dissipation in Gabion Stepped Weirs with considering the effect of Discharge and tail water depth. Journal of Applied Science and Agriculture. 9.4:1424- 1439.
Wuthrich, D., Chanson, H. 2014b. Hydraulics, Air Entrainment, and Energy Dissipation on a Gabion Stepped Weir". Journal of Hydraulic Engineering. 140.
Peyras, L., Royet Pagliara, S., Palermo, M., Kurdistani, S. M.,A and Sagvand Hassanabadi, L. 2015. Erosive and hydrodynamic processes downstream of low-head control structures. Journal of Applied Water Engineering and Research. 3.2:122- 131.
Zhang, G, & Chanson, H. 2016. Gabion Stepped Spillway: Interactions between Free-Surface, Cavity, and Seepage Flows. Technical Note. Journal of Hydraulic Engineering. 142.
Rajaie, S.H., Khodashnas, S.R., Esmaili, K. 2019. Comparative Evaluation of Energy Dissipation Over Short Stepped Gabion and Rigid Spillways. Journal of Hydraulic Research. 1- 12.