بررسی پدیده آب‌شستگی موضعی در پایین‌دست حوضچه‌های آرامش در حضور سرریز پلکانی

نوع مقاله: مقاله کامل

نویسندگان

1 دانشگاه تهران

2 استاد دانشگاه تهران

3 موسسه تحقیقات آب وزارت نیرو

چکیده

- مسأله آب‌شستگی یکی از موضوعاتی است که همواره در طراحی انواع مختلف سازه‌های هیدرولیکی اهمیت دارد. از جمله این سازه‌ها، سرریز پلکانی است. هدف از انجام این تحقیق، بررسی تشابه بین نیمرخ‌های آب‌شستگی موضعی در پایین‌دست سرریز پلکانی می‌باشد. بدین منظور از نتایج حاصل از انجام 67 آزمایش بر روی دو مدل آزمایشگاهی مختلف در محدوده وسیعی از اعداد فرود ذره، طول حوضچه آرامش، عمق پایاب، دانه‌بندی ذرات رسوبی و دو شیب مختلف سرریز پلکانی استفاده شد. در این تحقیق از 5 طول مختلف حوضچه آرامش در محدوده 37 سانتی‌متر تا 120 سانتی‌متر استفاده شد. هم‌چنین محدوده دبی مورد استفاده 95/88-43/7 لیتر بر ثانیه بود. مدت‌ زمان آزمایش‌ها 6 ساعته، 8 ساعته، 12 ساعته و 24 ساعته بود. در محدوده دبی مورد ‌نظر، در شرایط یکسان آزمایشگاهی، بیشینه عمق آبشستگی در پایین‌دست حوضچه آرامش با طول 110 سانتی‌متر نسبت به بیشینه عمق آبشستگی در پایین‌دست حوضچه آرامش با طول 37 سانتی‌متر، 48 الی 78 درصد کاهش پیدا کرد. بر اساس نتایج به‌دست آمده از داده‌های آزمایشگاهی، تشابه بین نیمرخ‌های حفره آب‌شستگی در پایین‌دست سرریزهای پلکانی مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور دو روش برای بی‌بعد کردن نیمرخ‌های آب‌شستگی ارائه شد؛ که بر اساس پارامترهای آماری، بهترین روش برای بی‌بعد کردن نیمرخ‌های آب‌شستگی انتخاب و تشابه بین نیمرخ‌های آب‌شستگی در پایین‌دست سرریزهای پلکانی نشان داده ‌شد. روابط پیش‌بینی کننده عمق بیشینه آب‌شستگی، فاصله عمق بیشینه از انتهای حوضچه آرامش، طول حوضچه آرامش و حجم رسوبات انتقال یافته به پایین‌دست بر اساس پارامترهای بدون بعد، در زمان‌های مختلف بسط داده شد. هم‌چنین، تأثیر پارامترهای مختلف بر هندسه حفره آب‌شستگی مورد بررسی قرار گرفت. در مجموع آزمایش‌ها، 8 پروفیل عرضی در شرایط مختلف (برای دانه‌بندی و طول حوضچه‌های آرامش مختلف) برداشت گردید. در یک شرایط آزمایشگاهی معین، مقایسه‌ای بین آبشستگی در حضور سرریز پلکانی با آبشستگی در حضور سرریز اوجی انجام شد. نتایج بدست‌آمده نشان داد که وجود سرریز پلکانی بین 06/42 تا 82/74 درصد باعث استهلاک انرژی می‌شود، که این امر، به‌جهت کاهش ابعاد حفره آب‌شستگی ایمنی بیشتر سازه سرریز پلکانی را نسبت به سرریز اوجی تحت شرایط مشابه توجیه می‌کند.

کلیدواژه‌ها


حمیدی‌فر، ح.، امید، م. ح. و نصرآبادی، م. (1389). "آبشستگی موضعی در پایین‌دست دریچه‌های کشویی"، نشریه آب و خاک، شماره 4، جلد 24، دانشگاه فردوسی مشهد.

خلیلی‌شایان، ح. و فرهودی، ج. (1391)، "نیمرخ‌های آب‌شستگی و تغییرات تنش‌های برشی در حفره در پایاب حوضچه‌های آرامش با شیب معکوس"، نشریه هیدرولیک، دوره 7، شماره 4.

موسوی خ. (1379). "بررسی پروفیل آب‌شستگی پایین‌دست جهش هیدرولیکی با استفاده از تحقیقات آزمایشگاهی"، پایان‌نامه کارشناسی ارشد، مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی شریف.

Chanson, H. (2002). Hydraulics of stepped chutes and spillways. CRC Press.

 

Dargahi, B. (2003). "Scour development downstream of a spillway". Journal of Hydraulic Research, 41(4), pp. 417-426.

Dey, S. and Sarkar, A. (2007). "Effect of upward seepage on scour and flow downstream of an apron due to submerged jets". Journal of Hydraulic Engineering, 133(1), pp. 59-69.

Farhoudi, J. and Smith, K.V. (1985). "Local scour profiles downstream of hydraulic jump". Journal of Hydraulic Research, 23(4), pp. 343-358.

Kothyari, U.C., Garde, R.C.J. and Ranga Raju, K.G. (1992). "Temporal variation of scour around circular bridge piers". Journal of Hydraulic Engineering, 118(8), pp. 1091-1106.

Laursen, E.M. (1952). "Observations on the nature of scour". Proceedings of the Fifth Hydraulics Conference, State University ofIowa, Iowa City, Iowa. pp. 179-197.

Nik Hassan, N., Narayanan, R. (1985). "Local scour downstream of an apron". Journal of Hydraulic Engineering, 111(11), pp. 1371-1384.

Raudkivi, A.J. (1998). Loose boundary hydraulics. CRC Press.

Tuna, M. and Emiroglu, M. (2011). "Scour profiles at downstream of cascades". Scientia Iranica, 18(3), pp. 338-347.

Farhoudi, J. and Shayan, H. K. (2014). "Investigation on local scour downstream of adverse stilling basins", Ain Shams Engineering Journal 5, pp. 361-375.

Shayan, H.K. and Farhoudi, J. (2015). "Local scour profiles downstream of adverse stilling basins". Scientia Iranica. Transaction A, Civil Engineering, 22(1), 1

Shayan, H.K., Farhoudi, J. and Hamidifar, H. (2015). "Estimation of maximum scour depth downstream of horizontal and adverse stilling basins using a semi-theorical approach", International Journal of Civil Engineering, Vol. 13, No. 1, pp. 1-15.