بررسی آزمایشگاهی هیدرولیک جریان سرریزهای پلکانی قوس محور متأثر از تغییرات عرض کانال پایین‌دست

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکترای عمران-دانشگاه تبریز

2 گروه مهندسی آب، دانشگاه تبریز، ایران

3 دانشیار گروه مهندسی رودخانه و سواحل پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری

چکیده

از مشخصه‌های بارز در عملکرد سرریز پلکانی، قابل ملاحظه بودن استهلاک انرژی در طول آن در مقایسه با انواع سرریزهای دیگر می‌باشد. در این پژوهش مدلی فیزیکی از سرریز سد گرمی‌چای با وجه تمایز سطح بدنه‌ای پلکانی نسبت به نمونه واقعی، با مقیاس 50:1 ،در پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری ساخته شده و عملکرد هیدرولیکی سرریز تحت تأثیر تغییرات نسبت عرض کانال پایین‌دست سرریز به عرض سرریز در تاج ( Wb/w ) در بازه 0/214 تا 0/286 مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل نشان داد، برای همه نسبت عرض‌ها تا قبل  از استغراق با افزایش بار آبی بالادست ضریب دبی نیز افزایش یافته و همچنین تغییرات نسبت عرض در این بازه تأثیر قابل توجهی بر ضریب دبی سرریز نداشته است، اما هنگامی که سرریز در مرحله استغراق قرار می‌گیرد، تأثیر  که بالاترین هد آبی مجاز تغییرات نسبت عرض بر ضریب دبی چشم‌گیر می‌باشد. به عنوان مثال در 1/66 =H/Hd  در نسبت عرض‌های0/214 و 0/286 به ترتیب در بالادست سرریز می‌باشد، مقدار ضریب دبی نسبی(  C/Cd) برابر 0/798 و1/63 گزارش گردید. علاوه براین، مقادیر استهلاک انرژی نیز در مرحله استغراق، تأثیرپذیری خود( Wb/W ) بزرگتر باشد پارامتر استهلاک از تغییرات عرض را به وضوح نشان داد به نحوی‌که هر چه نسبت عرض   انرژی (EΔ )به ازای یک دبی خاص کوچکتر خواهد بود. کاراترین مدل در تحقیق حاضر ، مدل با نسبت عرض Wb/W=0/286 معرفی گردید زیرا تنها مدل شناخته شد که توان عبور حداکثر دبی سیلاب محمتل را در حداکثر  ارتفاع مجاز (5 متر) دارا می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Experimental Study of Hydraulic Performance of Stepped Spillway with a Curve Axis Affected by Downstream Channel Width Changes

نویسندگان [English]

  • Ali Forudi Khowr 1
  • Kiyoumars Roushangar 2
  • Mojtaba Saneie 3
1 Department of Civil Engineering, University of Tabriz, Tabriz, Iran.
2 Civil Engineering Department, Tabriz University, Tabriz, Iran.
3 Hydraulic Structures, Soil Conservation and Watershed Management Research Institute (SCWMRI), Tehran, Iran.
چکیده [English]

Realization of the advantages of a higher degree of energy dissipation have created an increasing interest in stepped spillways. This study using a three dimensional, 1:50 scale, physical model was conducted to investigate the impact of variation downstream channel width of the converging stepped spillways with a curve axis. For this purpose, the converging stepped spillway with a curve axis was constructed and tested in four ratio of downstream channel width to spillway width ( ) ranging from 0.214 to 0.286. The results of the experiments indicated that in the converging steeped spillway by increasing total upstream head, the discharge coefficient will go up for each of the width ratio ( ) and before submergence stage for the spillway, the discharge coefficient is independent of downstream channel width variations. By contrast, when the spillway was submerged, there is a decrease in the coefficient of discharge can be caused by tailwater submergence and it causes the differences in the discharge coefficient for each of the widths ratio ( ). Also, the obtained data demonstrates that as increases, the flow depth and static pressure decreases at the bottom and the toe of the spillway model. Moreover, it was observed that as discharge increases, the energy dissipation decreases for all models, but model with higher ratio of lead to reduce more energy dissipation in higher discharge. In addition model with width ratio of due

کلیدواژه‌ها [English]

  • Physical model
  • stepped spillway
  • curve axis
  • hydraulic performance
  • energy dissipation
[1]    M.K. Beirami, Water conveyance structures, Isfahan university of technology press, Isfahan, Iran, 1977 [In Persian].
[2]     H. CHANSON. Self-aerated flows on chutes and spillways. Journal of hydraulic engineering, 119.1993, 220-243.
[3]    CHANSON, Hydraulic design of stepped channels and spillways, Department of Civil Engineering, University of Queensland, 1994.
[4]    N. Rajaratnam, Skimming flow in stepped spillways. Journal of Hydraulic Engineering, 116(4) (1990)  587-591.
[5]    N. Sori, A. Mojtahedi, Investigation of Effects of the Geometry on Rate of Energy Dissipation of the Flow over the Stepped Spillway using Fuzzy Inference Systems. Journal of Civil and Environmental Engineering, 45(3) (2015) 25-39 [In Persian].
[6]   F. Salmasi, M. Bina, H. Musavi, Energy dissipation on stepped spillways. 6th International Conference on Civil Engineering, Isfahan University of technology, Isfahan, Iran, 2003[In Persian].
[7]   H.M. Vali Samani, M.R. Nazarzadeh, Evaluation of  The principles of   hydraulic flow and design of stepped spillways,  Technical University press, Tehran, 38(2) (2004) 339-347 [In Persian].
[8]    H. Chanson,Jet flow on stepped spillways. Journalof Hydraulic Engineering, 121(5) (1995) 441-448.
[9]    H. Chanson, R.L. Whitmore, Investigation of the gold creek dam spillway, Australia,1996
[10] M. Chamani,  N. Rajaratnam, Characteristics of skimming  flow over stepped spillways. Journal of Hydraulic Engineering, 125(4) (1999) 361-368.
[11] M. Chamani, Rajaratnam, N.Onset of skimming flow on stepped spillways. Journal of Hydraulic Engineering, 125(9) (1999) 969-971.
[12] H. Chanson, Prediction of the transition nappe/skimming flow on a stepped channel. Journal of Hydraulic Research, 34(3) (1996) 421-429.
[13] H. Chanson, Hydraulics of stepped chutes and spillways, CRC Press, 2002.
[14] H. Chanson,  Y. Yusuda, I. Ohtsu, Flow resistance in skimming flow: a critical review, Balkema, (2000) 95-102,
[15] I.T.S. Essery, M.W. Horner, The hydraulic design of stepped spillways, Construction Industry Research and Information Association, 1971.
[16] K. Frizell, Hydraulics of stepped spillways for RCC dams and dam rehabilitations, ASCE, (1992) 423439.
[17] D. Stephenson, Energy dissipation down stepped spillways. International water power & dam construction, 43(9) (1991) 27-30.
[18] M.R. Chamani, N. Rajaratnam, Jet flow on stepped spillways. Journal of Hydraulic Engineering, 120(2), (1994) 254-259.
[19] Mohammadzadeh-Habili, J., Heidarpour, M., Afzalimehr, H.: Hydraulic characteristics of a new weir entitled of quarter-circular crested weir. Flow Measurement and Instrumentation 33, 168-178 (2013).
[20] Ranga Raju, K.G., Asawa, G.L.: Viscosity and surface tension effects on weir flow. Journal of the Hydraulics Division 103(10), 1227-1231 (1977).
[21] USACE, US, Army Corps of Engineers. Gravity Dam Design–Engineering and design (engineer manual), EM 1110-2-2200, 1995.
[22]  S. Sedaghat  nejad, Investigation of energy dissipation in  stepped overflows with end-points.MSc Dissertation, University of Sharif, Tehran, Iran, 2009. [In Persian].
[23] S.L. Hunt, K.C. Kadavy, S.R. Abt, D.M. Temple, Impact of converging chute walls for roller compacted concrete stepped spillways. Journal of Hydraulic Engineering 134(7) (2008) 1000-1003.
[24] USBR, US,  Bureau of Reclamation: Design of small dams, 3rd ed. Technical Service Center, Denver, USA (1977/1987)