بررسی آزمایشگاهی افت انرژی در سرریزهای پلکانی گابیونی کوتاه و مقایسه آن با سرریزهای صلب

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دوره دکتری رشته علوم و مهندسی آب، سازه‌های آبی، پردیس بین‌الملل دانشگاه فردوسی مشهد

2 استاد گروه مهندسی آب،دانشگاه فردوسی مشهد- مشهد،ایران

3 دانشیار گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد

چکیده

سرریز‌های پلکانی علاوه بر سازه‌های بلند در بندهای انحرافی و سازه‌های حفاظتی رودخانه‌ها مورد استفاده زیاد قرار می‌گیرند. باتوجه به این­که سازه‌های گابیونی در بسیاری از موارد به عنوان یک گزینه مناسب و مستقل با ارتفاعی بین 1 تا 3 متر و معمولا بصورت تیپ ساخته می‌شوند، در این پژوهش تحلیل افت انرژی در این نوع سازه و مقایسه آن با سازه‌های صلب بصورت آزمایشگاهی انجام شده است. بدین منظور سرریزه‌های صلب و گابیونی با ابعاد هندسی مشابه ساخته و در یک فلوم آزمایشگاهی به عرض 50 سانتی­متر و طول 11 متر تحت دبی‌های مختلف بالادست مورد آزمایش قرار گرفت. نتایج نشان داد حداکثر راندمان تلفات انرژی در سرریزهای صلب به ترتیب برای حالت یک پله 8/25 درصد، دو پله 6/56 درصد و در حالت سه پله 2/65 درصد به دست آمد. این مقادیر برای حالت گابیونی و به ترتیب از یک تا سه پله معادل 9/49، 3/71 و 5/73 درصد بدست آمده است. این تحقیق نشان داد که سازه‌های پلکانی گابیونی در حالت دو و سه پله بطور متوسط 9/16 و 3/16 درصد راندمان تلفات انرژی را نسبت سازه‌های صلب افزایش می‌دهد. هم­چنین افزایش دبی جریان عبوری راندمان تلفات انرژی را کاهش داد. علاوه بر این افزایش تعداد پله‌ها موجب افزایش تلفات انرژی شد. تاثیر پله دوم در میزان افزایش راندمان تلفات انرژی نسبت به پله سوم بیش­تر بود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Laboratory Investigation of Head loss in Gabion steeped spillways and Comparing with rigid stepped spillways

نویسندگان [English]

  • Seyed Hosein Rajaei 1
  • Saeed Reza Khodashenas 2
  • Kazem Esmaili 3
1 Ph.D Student of Water Engineering, Ferdowsi University of Mashhad
2 Water Engineering Department, Ferdowsi University of Mashhad, Iran
3 Associate Professor , Water Engineering Department, Faculty of Agriculture, Ferdowsi University of Mashhad
چکیده [English]

Stepped spillways are used in high dams, diversio dams and in watershed structures. Since gabion structures in many places is a good option, Gabion stepped spillways are being built with a height between 1 to 3 meters and these structures usually can be built with the same form. In this research compare the energy loss in gabion stepped spillways and rigid stepped spillways is done. To reach this goal, models of rigid stepped spillways and gabion stepped spillways was built with the same geometric dimensions and was installed in a laboratory flume with 50cm width and 11m length. Spillways have 1, 2 and 3 steps. Flow with different discharges was flowed in the flume. The results showed that the maximum efficiency of energy losses in the first case (one step) of rigid stepped spillways is 25/8%, the second case (two step) is 56/6% and the third case (three step) is 65/2%. Also the amount of maximum energy losses for the first case (one step) of gabion spillway is 49/9%, the second case (two step) is 71/3% and 73/5% for the third case (three step) respectively. This research showed that stepped gabion structures in the case of 2 and 3 steps have  16/9% and 16/3% (in average) efficiency of energy losses more than rigid structures. Also increasing the flow discharge, reduced the efficiency of energy losses. Further more increase the number of steps increases the energy losses. The effect of the second step in increasing the efficiency of energy losses was more than third step.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Gabion
  • Head Loss
  • Rigid stepped spillways
  • Steeped spillways
ابراهیمی،ن.‌ق.، کاشفی‌پور،م و ابراهیمی،ک. 1384. بررسی خصوصیات هیدرولیکی جریان بر روی مدل سرریز توری سنگی پلکانی. پنجمین کنفرانس هیدرولیک ایران، خرداد ماه، 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 صفحه

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: 164-152.

عزیزی،ا.، مفتاح هلقی،م.، تبار احمدی،ض و گلمایی،ح. 1387. بررسی تاثیر تخلخل مصالح مورد استفاده بر افت انرژی جریان در سرریزهای پلکانی گابیونی. مجله علوم کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه گرگان. 15. 1: 158-150.

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: 241-234.

کاظمی‌نسبان،غ و شفاعی بجستان،م. 1376. بررسی آزمایشگاهی میزان استهلاک انرژی در سرریزهای پلکانی گابیونی. اولین کنفرانس ملی هیدرولیک ایران. تهران، دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی. ص 78-96.

Chamani,M.R and Rajaratnam,N. 1999. Characteristics of skimming flow over stepped spillways. Journal of Hydraulic Engineering. 125.4: 361-368.

Chanson,H. 1994. Comparison of energy dissipation between nappe and skimming flow regimes on stepped chutes. Journal of Hydraulic Research. 32.2: 213-218.

Chanson,H. 2001. The Hydraulics of Stepped Chutes and Spillways. Balkema, Lisse, The Netherlands (ISBN 90 5809 352 2)

Chinnarasri,C., Donjadee,S., Israngkura,U. 2008. Hydraulic characteristics of gabion-stepped weirs. Journal of Hydraulic Engineering. 134.8: 1147-1152

Dhatrak,A.I., Tatewar,S.P. 2009. Discussion of “Hydraulic Characteristics of Gabion-Stepped Weirs by Chaiyuth Chinnarasri, Somachai Donjadee, and Udomsak Israngkura. Journal of Hydraulic Engineering. 135.10: 871-872

Kells,J. A. 1993. Spatially varied flow over rockfill embankments. Canadian Journal of Civil Engineering. 20.5: 820-827.

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

Pagliaraa,S., Palermoa,M., Kurdistania,S,M., Sagvand Hassanabadi,L. 2015. Erosive and hydrodynamic processes downstream of low-head control structures. Journal of Hydraulic Research. 3.2: 122-131.

Peyras,L., Royet,P., Degoutte,G. 1992. Flow and energy dissipation over stepped gabion weirs. Journal of Hydraulic Engineering. 118.5: 707-717.

Salmasi,F., Sattari,M.T., Mahesh,P. 2012. Application of data mining on evaluation of energy dissipation over low gabion-stepped weir Turkish Journal of Agriculture and Forestry. 36. 95-106.

Salmasi,F., Chamani,M.R., Farsadizade,D. 2012. Experimental study of energy dissipation over steooed gabion spillways with low heights. IJST, Transactions of Civil Engineering. 36. 2: 253-264 Printed in The Islamic Republic of Iran, Shiraz University

Shafai-Bejestan,M., Kazemi-Nasaban,G.h. 2011. Experimental Study on Gabion Stepped Spillway. Experimental Methods in Hydraulic Research Geoplanet, Earth and Planetary Sciences. 1: 267-274

Stephenson,D. 1979. Gabion Energy Dissipators. Proc 13th ICOLD Congress, New Delhi, India, 50(R3), 33-43

Wuthrich,D.,  Chanson,H. 2014. Aeration and Energy Dissipation over Stepped Gabion Spillways: a Physical Study. School of Civil Engineering, The University of Queensland. REPORT No. CH92/13. ISBN 9781742720944

Wuthrich,D.,  Chanson,H. 2014. Hydraulics, Air Entrainment, and Energy Dissipation on a Gabion Stepped Weir. Journal of Hydraulic Engineering. 140.

Zhang,J., Chen,J., Wang,Y. 2012. Experimental study on time-averaged pressures in stepped spillway. Journal of Hydraulic Research. 50.2: 236-240

Zhang,G., Chanson,H. 2016. Gabion Stepped Spillway: Interactions between Free-Surface, Cavity, and Seepage Flows. Technical Note. Journal of Hydraulic Engineering., Vol. 142. Issue 5.