بررسی علل تخریب حوضچه‌ها‌ی پایین‌دست سد میل مغان با استفاده از مدل‌سازی هیدرودینامیک محاسباتی

نوع مقاله: مقاله کامل

نویسندگان

1 دانشیار مهندسی آب، گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل

2 استادیار گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل

چکیده

در این تحقیق، هیدرودینامیک سه بعدی سد انحرافی میل مغان در یک محدوده 500 متری و با لحاظ نمودن تمامی اجزای هیدرولیکی موجود از جمله دریچه­های قطاعی و حوضچه آرامش با روش شبیه‌سازی گردابه‌های بزرگ (LES) مدل‌سازی عددی شده و به ازای سناریوهای مختلف بهره‌برداری، علل وقوع تخریب حوضچه‌های پایین‌دست مشخص گردیده است. برای صحت‌سنجی نتایج، منحنی عملکرد هیدرولیکی یکی از دریچه‌های قطاعی با داده‌های ارائه شده توسط مشاور طراح سد و همچنین روابط موجود در مراجع مقایسه شده‌ است. همچنین عکس‌های برداشت شده از محدوده مطالعاتی با الگوی جریان‌های حاصل از مدل عددی نیز مقایسه شده است. نتایج نشان داد که به ازای بهره‌برداری متقارن از سد، در تمامی حالات، پرش هیدرولیکی پایین‌دست دریچه‌ها در داخل حوضچه آرامش رخ می‌دهد؛ اما در بازشدگی‌های زیاد دریچه‌های قطاعی، به دلیل ارتفاعِ زیادِ آستانه انتهایی حوضچه آرامش، ضمن وقوع پدیده انسداد، جریان خروجی از حوضچه، مجدداً فوق بحرانی شده و بر روی حوضچه حفاظتی، پرش هیدرولیکی دوم شکل می‌گیرد. بواسطه واگرا بودن دیواره‌های پایین‌دست و نیز تشکیل جریان فوق بحرانی در خروج از حوضچه حفاظتی، پرش هیدرولیکی دیگری به صورت پرش دایره‌ای شکل می‌گیرد. نوسانات فشار ناشی از پرش‌های فوق، عامل اصلی اعمال بار دینامیکی به بلوک‌های بتنی منعطف، گسست اتصال بین بلوک‌ها و تخریب حوضچه حفاظتی بوده است. در حالت بهره‌برداری نامتقارن، امکان خروج پرش هیدرولیکی از حوضچه آرامش و تشدید شرایط نامناسب هیدرولیکی وجود دارد.    

کلیدواژه‌ها


 

Armenio, V., Toscano, P., and Fiorotto, V. (2000). On the effects of a negative step in pressure fluctuations at the bottom of a hydraulic jump. Journal of Hydraulic Research, 38(5), pp. 359-368.

Bremen, R., and Hager, W.H. (1993). T-jump in abruptly expanding channel. Journal of Hydraulic Research. 31(1), pp. 61-78.

Bowers, C.E. and Toso, J. (1990). Closure to Karnafuli project, model studies of spillway damage. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE. 116(6), pp. 854-855.

Clemmens, A.J., Strelkoff, T.S. and Replogle, J.A, (2003). Calibration of submerged radial gates. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE. 129(9), pp. 680–687. 

Castro-Orgaz, O. and Hager, W.H. (2009). Classical hydraulic jump: basic flow features. Journal of Hydraulic Research. 47(6),pp. 744:754.

Elder, R.A. (1961). Model-prototype turbulence scaling. Proceeding of IX IAHR Congress, Dubrovnik, Yugoslavia, pp. 24-31.

Fiorotto, V. and Rinaldo, A. (1990). Discussion of Karnafuli project, model studies on spillway damage. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE. 116(6), pp. 850-852.

Fiorotto, V. and Rinaldo, A. (1991). Turbulent pressure fluctuations under hydraulic jumps. Journal of Hydraulic Research. 30(4), pp. 499-520.

Fiorotto, V. and Salandin, P. (2000). Design of anchored slabs in spillway stilling basins. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE. 126(7), pp. 502–512.

Flow-3D® Help, Ver. 9.3.2. (2011). Flow science Inc.

Graber, S.D. (2006). Asymmetric flow in symmetric supercritical expansions. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE. 132(2), pp. 207-213.

Habibzadeh, A., Loewen, M.R. and Rajaratnam, N. (2012). Performance of baffle blocks in submerged hydraulic jumps. Journal of Hydraulic Engineering, 138(10), pp. 902-908.

Kordi, E. and Abustan, I. (2012). Transitional expanding hydraulic jump. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE. 138(1), pp. 105–110.

Lawson, J. and Phillips, B. (1983). Circular hydraulic jump. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE. 109(4), pp. 505–518.

Liu, P.G. and Li, A.H. (2007). Model discussion of pressure fluctuations propagation within lining slab joints in stilling basins. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE. 133(6), pp. 618-624.

Lopardo, R. A. (2013). Extreme velocity fluctuations below free hydraulic jumps. Journal of Engineering. doi:10.1155/2013/678064.

Mishra, K. (2011). Prediction of turbulence energy dissipation in flexible apron of barrages using numerical method. International Journal for Numerical Methods in Fluids. 69(5), pp. 897–908.

Nettleton, P.C. and McCorquodale, J.A. (1989). Radial flow stilling basins with baffle blocks. Canadian Journal of Civil Engineering. 16(4), pp. 489:497. 

Omid, M.H., Esmaeili Varaki, M. and Narayana, R. (2007). Gradually expanding hydraulic jump in a trapezoidal channel. Journal of Hydraulic Research. 45(4), pp. 512-518.

Rinaldo, A. (1986). The structural design of the lining of spillway stilling basins. Excerpta 1, pp.54-67.

Rahman, M.A. (1972). Damage to Karnafuli dam spillway. Journal of Hydraulic Division, ASCE 98(12), pp. 2155-2170.

 

Rouse, H. Siao, T.T. and Nagaratnam, S. (1959). Turbulence characteristics of the hydraulic jump. Trans. ASCE, 124, pp. 926-966.

Shahrokhnia, M.A. and Javan, M. (2006). Dimensionless stage–discharge relationship in radial gates. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, ASCE. 132(2), pp.180:184.

Toso, J. and Bowers, C. (1988). Extreme pressures in hydraulic jump stilling basins. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE. 114(8), pp. 829–843.

Wang, H., Felder, S. and Chanson, H. (2014). An experimental study of turbulent two-phase flow in hydraulic jumps and application of a triple decomposition technique. Experiments in Fluids. 55(7), pp. 1775.

Yurinov, D., Bosovski, L. and Drozdovski, S. (1964). Mill-Mugan intake dam on Aras River, preliminary design. Baku Hydroproject.

Zare, H.K. and Doering, J.C. (2011). Forced hydraulic jumps below abrupt expansions. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE. 137(8),  pp.825-835.

Zobeyer, A. H., Jahan, N., Islam, Z., Singh, G., and Rajaratnam, N. (2010). Turbulence characteristics of the transition region from hydraulic jump to open channel flow. Journal of Hydraulic Research, 48(3), pp. 395-399.