بررسی و ارزیابی آزمایشگاهی تاثیر نصب کف‌بند بر کاهش عمق آب‌شستگی در پایین‌دست سرریز پلکانی با آب‌پایه کنگره‌ای

نوع مقاله : مقاله کامل (پژوهشی)

نویسندگان

1 گروه مهندسی آب، دانشکده کشاروزی، دانشگاه گیلان، رشت، ایران

2 دانشگاه گیلان

3 استادیار گروه مهندسی آب دانشگاه گیلان

4 موسسه IA.ING، لچه، ایتالیا

چکیده

یکی از راه‌کارهای کاهش عمق آب‌شستگی در پایین‌دست سازه‌های ریزشی نظیر سرریزهای پلکانی، استفاده از کف‌بند می‌باشد. در تحقیق حاضر تاثیر نصب کف‌بند در پایین‌دست سرریز پلکانی با و بدون آب‌پایه کنگره‌ای با شیب‌های 1:2 و 1:3 بر تغییرات عمق آب‌شستگی در پایین‌دست آن به صورت آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفت. آزمایش‌ها برای شرایط مختلف دبی، هندسه آب‌پایه‌ها و طول‌کف‌بند صورت پذیرفت. تجزیه و تحلیل نتایج نشان دادکه در سرریز پلکانی با شیب 1:2 و در دامنه دبی‌های حداقل و حداکثر با افزایش طول کف‌بند به دو سوم ارتفاع سرریز، عمق حداکثر نهایی آب‌شستگی در شرایط بدون آب‌پایه به ترتیب به میزان 23 و 34 درصد کاهش یافت. مقایسه نتایج حاکی از آن است که با نصب آب‌پایه، در بهترین عملکرد آن، مقدار عمق حداکثر نهایی آب‌شستگی در دامنه دبی‌های حداقل و حداکثر به طور متوسط 50 درصد نسبت به شرایط بدون آب‌پایه کم شد. با تغییر شیب کارگذاری پلکان‌های سرریز به 1:3، افزایش طول کف‌بند به دو سوم ارتفاع سرریز، عمق حداکثر نهایی آب‌شستگی را در دامنه دبی‌های حداقل تا حداکثر و برای شرایط بدون آب‌پایه به ترتیب به میزان 36 و 43 درصد کاهش داده و با نصب آب‌پایه بر روی پلکان‌های سرریز، مقدار عمق حداکثر نهایی آب‌شستگی به‌ طور متوسط 52 درصد نسبت به شرایط بدون آب‌پایه کم شد.

کلیدواژه‌ها


Ali, H.M., El Gendy, M.M., Mirdan, A.M.H., Ali, A.A.M. and Abdelhaleem, F.S.F. (2014). Minimizing downstream scour due to submerged hydraulic jump using corrugated aprons. Ain Shams Engineering Journal, 5(4), 1059-1069.‏
Aminpour, Y. and Farhoudi, J. (2017). Similarity of local scour profiles downstream of stepped spillways. Int. Civil Eng., 15(5), 763-774.
Barani, G.A., Rahnema, M.B. and Bagheri, H. (2005). Optimization of stepped spillway dimensions and investigation of flow energy dissipation over a physical model. Journal of Applied Science, 5(5), 878-882.
Chanson, H. (1995). Hydraulic design of stepped cascades, channels, weirs and spillways. Pergamon. Oxford, 292 p.
Chinnarasri, C., Donjadee, S. and Israngkura, U. (2008). Hydraulic characteristics of gabion-stepped weirs. J. Hydraul Eng., 134(8) ,871-872.
Chinnarasri, C. and Wongwises, S. (2006). Flow patterns and energy dissipation over various stepped chutes. J. Irrigation and Drainage Eng. 132(1), 70-76.
D’Agostino, V. and Ferro, V. (2004). Scour on alluvial bed downstream of grade control structures. J. Hydraulic Eng., 130(1), 24-37.
Dey, S. and Raikar, R.V. (2007). Characteristics of loose rough boundary streams at near-threshold. J. Hydraulic Eng. 133(3), 288-304.
Dey, S. and Sarkar, A. (2006). Scour downstream of an apron due to submerged horizontal jets. J. Hydraulic Eng., 132(3), 264.
Esmaeili Varaki, M., Mahmoudi Kurdistani, S. and Noormohammadi, G. (2021). Scour morphology downstream of submerged block ramps. Journal of Applied Water Engineering and Research, 19(72), 51-68. (In Persian)
Gharibi, S., Esmaeili Varaki, M., Mahmodi Kordestani, S. and Malekpour, A. (2021). Experimental investigation of effect of apron length on local scour downstream of stepped-labyrinth weirs. Proc. of 19th  Iranian Hydraulic Conference, Ferdowsi University of Mashhad. (In Persian)
Hoffmans, G.J.C.M. and Verhij, H.J. (1997). Scour Manual. A.A Balkema. Rotterdam, 384 p.
Kazempour Larsari, Z., Esmaeili Varaki, M. and Malekpour, A. (2019). Laboratory study of scour downstream of stepped-labyrinth weirs. J. Soil and Water Research, 49(6), 1227-1241. (In Persian)
Kells, J., Balachandar, R. and Hagel, K. (2001). Effect of grain size on local channel scour below a sluice gate. Canadian Journal of Civil Eng., 28(3), 440-451.
Keshavarz Eskandari, M. and Esmaeili Varaki, M. (2019). Experimental investigation of energy dissipation over stepped-labyrinth weirs. Irrigation and Drainage Structures Engineering Research, 20(74), 59-74. (In Persian)
Khatsuria, R.M. (2005). Hydraulics of Spillways and Energy Dissipators. New York: Marcel Dekker. USA, 649 p.
Marion, A., Lenzi, M. and Comiti, F. (2002). Interference processes on scouring at bed sills. John Wiley, New York.
Marion, A. and Gaudio, R. (2003). Time evolution of scouring downtream of bed sills. J. Hydraulic Res., 41(3), 271-284.
Mason, P.J. and Arumugam, K. (1985). Free jet scour below dams and flip bucket. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, 111(2), 220-235.
Moayedi, M., Esmaeili Varaki, M., Shafiei Sabet, B. and Mahmodi Kordestani, S. (2021). Experimental investigation of the apron length effect on local scour downstream of block ramp. Proc. of 19th Iranian Hydraulic Conference, Ferdowsi University of Mashhad. (In Persian)
Pagliara, S. and Palermo, M. (2013). Rock grade control structures and stepped gabion weirs: Scour analysis and flow features. Acta Geophysica, 61(1), 126-150.
Pagliara, S., Kurdistani, S.M. and Cammarata, L. (2014). Scour of clear water rocks w-weirs in straight rivers. J. Hydraulic Eng., 140(4), 4002-4007.
Peyras, L., Royet, P. and Degoutte, G. (1992). Flow and energy dissipation over stepped gabion weirs. J. Hydraulic Eng., 118(5), 707–717.
Rajaratnam, N. and Aderibigbe, O. (1998). Effect of sediment gradation on erosion by plane turbulent wall jets. J. Hydraulic Eng., 124(10), 1034-1042.
Ranjbar, H., Salamatian, A. Ghodsian, M. (2007). Effects of time on scour down stream of free jets. Proc. of 7th International River Engineering Conference. Shahid Chamran University, Ahvaz. (In Persian)
Scurlock, S.M., Thornton, C.I. and Abt, S.R. (2012). Equilibrium scour downstream of three-dimensional grade control structures. Journal of Hydraulic Engineering, 138(2), 167–176.
Tuna, M.C. and Emiroglu, M.E. (2013). Effect of step geometry on local scour downstream of stepped chutes. Arabian Journal for Science and Engineering, 38(3), 579-588.