بررسی و ارزیابی تجربی آبشستگی پایین‌دست سرریز کلیدپیانویی ذوزنقه‌ای نوع A در جریان آزاد و مستغرق

نوع مقاله : مقاله کامل (پژوهشی)

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی عمران آب و سازه های هیدرولیکی، دانشکده مهندسی عمران و محیط زیست، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

2 استاد هیدرولیک، دانشکده مهندسی عمران و محیط زیست و پژوهشکده مهندسی آب، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

3 دانشجوی دکتری/ مهندسی عمران آب و سازههای هیدرولیکی، دانشکده عمران و محیط زیست، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

چکیده

در این پژوهش، آبشستگی پایین‌دست سرریز کلیدپیانویی ذوزنقه‌ای نوع A در جریان آزاد و مستغرق، به‌صورت آزمایشگاهی بررسی و ارزیابی شد. برای انجام آزمایش‌ها از فلومی به طول 10، عرض 75/0 و ارتفاع 8/0 متر استفاده شد. آزمایش‌ها با دبی‌های بین 30 تا 70 لیتر بر ثانیه، عدد فرود ذره بین 029/0 تا 058/0، عمق پایاب 13/0 ‌متر برای جریان آزاد و 23/0 و 29/0 متر برای جریان مستغرق انجام شد. جنس بستر در پایین‌دست سرریز، ماسه‌ای با دانه‌بندی یکنواخت، قطر میانگین 2/2 میلی‌متر و به ضخامت 425/0 متر و طول 2 متر بود. نتایج نشان داد در جریان آزاد تغییرات بستر نسبت به جریان مستغرق با سرعت بیشتری انجام می-شود و عمق و طول حفره‌ی آبشستگی بیشتر می‌باشد. عمق آبشستگی نسبی با افزایش 77 درصدی عمق ‌پایاب برای اعداد فرود ذره 029/0، 037/0، 045/0، 052/0 و 058/0، به ترتیب 42، 45، 21، 28 و 27 درصد و با افزایش 123 درصدی عمق پایاب، به ترتیب 95، 92، 90، 75 و 68 درصد کاهش می‌یابد. با افزایش 18 درصدی نسبت استغراق در عدد فرود ذره 029/0، و افزایش 96 درصدی نسبت استغراق در عدد فرود ذره 058/0، بیشینه عمق آبشستگی نسبی به ترتیب 92 و 56 درصد کاهش می‌یابد. محل وقوع بیشینه عمق آبشستگی در عمق پایاب 13/0، 23/0 و 29/0متر به ترتیب در فاصله‌ی 18/0 الی 30/0، 18/0 الی 36/0 و 03/0 الی 30/0 متری از پنجه‌ی سرریز، ایجاد شده است. با افزایش عدد فرود ذره، طول نسبی حفره‌ی آبشستگی افزایش یافته است.

کلیدواژه‌ها


Abhash, A. and Pandey, K.K. (2021). Numerical study of discharge-head relationship of piano key weirs for low heads. Water Resources, 48(2), 235-244.
Abdi Chooplou, Ch, Bodaghi, E. Ghodsian, M. and Vaghefi, M. (2022a). Temporal evolution of scouring downstream of a trapezoidal piano key weir. International Journal of River Basin Management, 1-14.
Abdi Chooplou, Ch. Kazerooni, S. Ghodsian, M. and Vaghefi, M. (2022b). Experimental study of scouring downstream of type‑A piano key weirs. Arabian Journal of Geosciences, 15(23), 1-14.
Ahmadi Dehrashid, F. and Gohari, S. (2019). Experimental Study of Downstream Scour of Piano Keys Weirs, J. of Water and Soil Conservation, 26(1), 91-109. (In Persian)
Barcouda, M., Cazaillet, O., Cochet, P., Jones, B.A., Lacroix, S., Laugier, F., Odeyer, C. and Vingny, J.P. (2006). Cost-effective increase in storage and safety of most dams using fuse gates or P. K. weirs. Proc. 22nd ICOLD Congress. Barcelona, Spain.
Bodaghi, E. Ghodsian, M. and Abdi­ Chooplou, Ch. (2021). Experimental study on the effect of discharge and tailwater depth on scour downstream of a type‑A piano key weir. 20th Iran Hydraulic Conference, Gorgan University, Iran. (In persian)
Dabling, M.R. and Tullis, B.P. (2012). Piano key weir submergence in channel application. J. Hydraulic Eng., 138(7), 661-666.
Erpicum, S., Nagel, V., Laugier, F. (2011). Piano Key Weir design of Raviege dam. Labyrinth and piano key weirs-PKW 2011, CRC press, London, 43-50.
Ghodsian, M., Abdi­ Chooplou, Ch. and Ghafouri, A. (2021). Scouring downstream of Triangular and Trapezoidal Pianos Key Weir, Journal of Hydraulics, 16(2), 43-58. (In Persian)
Hien, T.C., Son, H.T. and Khanh, M.H.T. (2006). Results of some piano keys weir hydraulic model tests in Vietnam, Proc. 22nd ICOLD Congress, CIGB/ICOLD, Barcelona Q87(R39), 581–596.
Jüstrich, S., Pfister, M. and Schleiss, A.J. (2016). Mobile riverbed scours downstream of a piano key weir. J. Hydraulic Eng., 142(11), 04016043.
Kabiri-Samani, A. and Javaheri, A. (2012). Discharge coefficients for free and submerged flow over Piano Key weirs. J. Hydraulic Res., 50(1), 114-120.
Karimi, M.J., Attari, M. and Saneie, M.R.J. (2019). Ghazizadeh, Side weir flow characteristics: Comparison of piano key, labyrinth, and linear types, J. Hydraul. Eng., 144(12), 04018075.
Kumar, V., Ranga Raju, K.G. and Vittal, N. (1999). Reduction of local scour around bridge piers using slot and collar. Journal of Hydraulic Eng., ASCE, 125(12), 1302–1305
Kumar, B. and Ahmad, Z. (2020). Experimental Study on Scour Downstream of a Piano Key Weir with Nose. 8th IAHR ISHS, Santiago, Chile.
Laugier, F. (2007). Design and construction of the first piano key weir (PKW) spillway at the Goulours dam. International Journal of Hydropower and Dams, 14(5), 94-101.
Lempérière, F. and Ouamane, A. (2003). The Piano Keys weir: a new cost-effective solution for spillways. International Journal on Hydropower & Dams, 10(5), 144-149.
Lempérière, F., Vigny, J.P. and Ouamane, A. (2011). General comments on Labyrinth and Piano Key Weirs: The past and present. Proc. Int. Conf. Labyrinth and Piano Key Weirs Liège B, 17-24.
Machiels, O. (2012). Experimental study of the hydraulic behavior of piano key weirs, PhD Dissertation, Faculty of Applied Science, University of Liège.
Machiels, O., Erpicum, S., Archambeau, P., Dewals, B.J. and Pirotton, M. (2012). Piano Key weir preliminary design method: Application to a new dam project. Proc. Int. conf. Labyrinth and Piano Key Weirs Liege B, 199-206.
Machiels, O., Erpicum, S., Dewals, B., Archambeau, P. and Pirotton, M. (2011). Experimental observation of flow characteristics over a Piano Key Weir. Journal of hydraulic research, 49(3), 359-366.
Moradi, S., Shahsavari, H. and Esmaili, K. (2020). Investigate Foundation Local Scour Type-A Piano Key Weirs with Zigzag Sidewall, Journal of Hydraulics, 15(4), 81-94. (In Persian)
Ouamane, A. and Lempérière, F. (2006). Design of a new economic shape of weir. Proceedings of the International symposium on dams in the societies of the 21st Century, 18, 463-470.
Pfister, M., Battisacco, E., De Cesare, G. and Schleiss, A.J. (2013). Scale effects related to the rating curve of cylindrically crested piano key weirs. Labyrinth and piano key weirs II, CRC/Balkema, Leiden, Netherlands, 73–82.
Safarzadeh, A. and Noroozi, B. (2015). 3D hydrodynamics of trapezoidal Piano Key Spillways. J. Hydraulic Eng., 15(1), 89-101.
Yazdi, A.R., Hoseini, S.A., Nazari, S. and Amanian, N. (2020). Comparison of Downstream Scour of the Rectangular and Trapezoidal Piano Key Weirs, Journal of Hydraulics, 15(2), 95-102. (In Persian)