بررسی آزمایشگاهی استهلاک انرژی و عمق نسبی پایین‌دست در شیب‌شکن‌های مایل گابیونی و ساده

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استاد گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه مراغه، مراغه، ایران

2 استادیار، گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه مراغه، مراغه، ایران

3 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی عمران، دانشگاه مراغه، مراغه، ایران

چکیده

در تحقیق حاضر به بررسی آزمایشگاهی رفتار پارامترهای هیدرولیکی شیب‌شکن‌های مایل ساده و گابیونی پرداخته شده است. به همین منظور 120 آزمایش متفاوت برای دو نوع شیب‌شکن با سه زاویه و دو ارتفاع انجام شد. نتایج نشان داد که در هر دو مدل، افزایش عمق بحرانی نسبی، سبب کاهش میزان استهلاک انرژی نسبی و افزایش عمق نسبی‌ پایین‌دست شده است. مقایسه نتایج مربوط به شیب‌شکن مایل گابیونی نسبت به شیب‌شکن مایل ساده نشان داد که به کارگیری گابیون در سطح شیبدار به طور متوسط برای سه زاویه و دو ارتفاع مورد بررسی، راندمان استهلاک انرژی 561% و عمق نسبی پایین‌دست 50/1 % نسبت به شیب‌شکن مایل ساده افزایش یافته است. این نتیجه منجر به کاهش فرسایش بستر پایین‌دست سازه و در نتیجه کاهش طول حوضچه آرامش می‌گردد. مقایسه نتایج نشان می‌­دهد که افزایش زاویه، متوسط راندمان استهلاک انرژی را کاهش و متوسط عمق نسبی پایین‌‌دست را افزایش داد. با بررسی نتایج مشخص گردید در شیب‌شکن‌های مایل گابیونی تغییر زوایه تاثیر نسبتاً کمی نسبت به مدل ساده داشته که دلیل آن را می‌توان، خصوصیات فیزیکی و اثرات هیدرولیکی پیچیده جریان عبوری از سازه متخلخل دانست. همچنین با استفاده از 80% درصد داده‌های آزمایشگاهی روابطی جهت تخمین استهلاک انرژی نسبی و عمق نسبی پایین‌دست در شیب‌شکن مایل گابیونی ارائه شد و با 20% درصد داده‌‌ها به تست رابطه با معیارهای ارزیابی پرداخته شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Experimental Investigation of the Energy Dissipation and the Downstream Relative Depth of Pool in the Sloped Gabion Drop and the Sloped simple Drop

نویسندگان [English]

  • Rasoul Daneshfaraz 1
  • Mahdi Majedi Asl 2
  • Mohammad Bagherzadeh 3
1 Professor, Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, University of Maragheh, Iran.
2 Assistant Professor, Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, University of Maragheh, Maragheh, Iran.
3 M.Sc. Student, Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, University of Maragheh, Maragheh, Iran.
چکیده [English]

The present study investigates the behavior of hydraulic parameters of simple and sloped gabion drops experimentally. Therefore, 120 different experiments were carried out on both types of drops with three angles and two heights. The results showed that by increasing the relative critical depth in both models, the relative energy dissipation rate reduces but the relative downstream depth increase. Comparing the results for sloped gabion drops with sloped simple drops showed that the use of gabion structures with three angles and two heights increases the efficiency of average energy dissipation by 561% and the average downstream relative depth by 50.1% with regard to the simple drops. This results in a decrease in the erosion of the downstream bed of the structure and the length of the stilling basin. A comparison of the results shows that an increase in the angle decreases the efficiency of average energy dissipation and increases the average downstream relative depth. The results show that the variation in the angle of sloped gabion drops has an insignificant effect in comparison with the simple drops due to the physical properties and the complex hydraulic effects of the flow through the porous structure. Also, some equations were derived to estimate the relative energy dissipation rate and the downstream relative depth rate in the sloped gabion drops by using 80% percent of laboratory data, and the rest 20% of the data were used to test the equations with the goodness of fit criteria.

کلیدواژه‌ها [English]

  • energy dissipation
  • Downstream Relative Depth
  • relative critical depth
  • Angle of Inclined Drop
  • Gabion
[1] R. Daneshfaraz, M. Majedi Asl, A. Bazyar, Experimental investigation of the effect of the horizontal Screen on the energy dissipation in inclined drop, Iranian Journal of Soil and Water Research,  (2019) -(in Persian).
[2] A. Moradi Sabz Koohi, S. S.M. Kashefipour, M. Bina, Experimental Comparison of Energy Dissipation on Drop Structures, Journal of Water and Soil Science, 15(56) (2011) 209-223(in Persian).
[3] W.E. Wagner, Hydraulic Model Studies of the Check Intake Structure-Potholes East Canal, Bureau of Reclamation Hydraulic Laboratory Report Hyd,  (1956) 411.
[4] R. Norouzi Sarkarabad, R. Daneshfaraz, A. Bazyar, The Study of Energy Depreciation due to the use of Vertical Screen in the Downstream of Inclined Drops by Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System (ANFIS), Amirkabir Journal of Civil Engineering,  (2019).(in Persian).
[5] F. Salmasi, D. Farsadizade, H. Mohit, Experimental Evaluation of Energy Dissipation over Gabion Stepped Spillway, Water and Soil Science, 21(4) (2011) 152-164. (in Persian).
[6] M. Sholichin, S. Akib, Development of drop number performance for estimate hydraulic jump on vertical and sloped drop structure, Int J Eng Sci, 5(11) (2011) 1678-1687.
[7] L.a. Peyras, P. Royet, G. Degoutte, Flow and energy dissipation over stepped gabion weirs, Journal of Hydraulic Engineering, 118(5) (1992) 707-717.
[8] C. Chinnarasri, S. Donjadee, U. Israngkura, Hydraulic characteristics of gabion-stepped weirs, Journal of Hydraulic Engineering, 134(8) (2008) 1147-1152.
[9] A. Azizi, M. Meftah Helaghi, M.K. Ziatabar ahmadi, S.H. Golmaei, Evaluating the affection of used material porosity on energy dissipation in gabion stepped weirs, Journal of agricultural sciences and natural resources, 15(1) (2008) -.(in Persian).
[10] M. Meftah halaghi, a. Azizi, a.A. Dehghani, n. Alhoseini, Energy dissipation of gabion stepped weirs by using impermiable plates, Journal of agricultural sciences and natural resources, 16((special issue 2)) (2009) -.(in Persian).
[11] J. M. V. Samani, H. Riahi Madvar, S.A. Ayyoubzadeh, Experimental Investigation of Erosion and Sedimentation at Unequal Bed Level River Confluence, Iran Water Resources Research, 5(1) (2009) 58-68. (in Persian).
[12] D. Wüthrich, H. Chanson, Hydraulics, air entrainment, and energy dissipation on a Gabion stepped weir, Journal of Hydraulic Engineering, 140(9) (2014) 04014046.
[13] A. Nejati, M. Heydari, J. Sadeghiyan, R. Daneshfaraz, Numerical Model of Flow and Suspended Sediment Transport in the Reservoir of Rockfill Dam, Iran Water Resources Research, 14(2) (2018) 53-69. (in Persian).
[14] S. Razi, F. Salmasi, A. Hoseinzade Dalir, Laboratory Study of the Effects of Step Number, Slope and Particle Size on Energy Dissipation in Gabion Stepped Spillways, Amirkabir Journal of Civil Engineering, 51(4) (2018) 101-110. (in Persian).
[15] N. Rajaratnam, Turbulent jets (Vol. 5). , Elsevier,  (1976).
[16] W.H. Hager, R. Bremen, Classical hydraulic jump: sequent depths, Journal of Hydraulic Research, 27(5) (1989) 565-585.
[17] R. Nasseri, S.M. Kashefipour Dezfouli, The effect stepped spillway prosity with gabion on weir energy dissipation and characteristics of downstream hydraulic jump, Irrigation Sciences and Engineering,  (2019) .(in Persian).
[18] R. Daneshfaraz, M.M. Asl, S. Razmi, R. Norouzi, J. Abraham, Experimental investigation of the effect of dual horizontal screens on the hydraulic performance of a vertical drop, International Journal of Environmental Science and Technology,  (2020) 1-10.