بررسی آبشستگی موضعی پی در سرریزهای کلیدپیانویی تیپA با تاج جانبی زیگزاگی

نوع مقاله : مقاله کامل (پژوهشی)

نویسندگان

1 دانشجو دکتری-دانشگاه فردوسی مشهد

2 دانشگاه فردوسی مشهد گروه مهندسی آب

3 هیات علمی

چکیده

چکیده
پژوهش حاضر با مدل‌سازی فیزیکی دو شکل از پروفیل تاج سرریز کلید پیانویی استاندارد (تیپA) و تاج زیگزاگی در 5/2 سیکل انجام شد. الگوی زیگزاگ با 9 تکرار از سینوس کامل به دامنه ارتفاع 1 سانتی‌متر در طول تاج جانبی طراحی گردید. عمق نسبی بحرانی جریان روی تاج سرریز مطابق با محدوده تغییرات دبی عبوری در بازه (2 1/0) و بستر رسوبی با دو دانه‌بندی غیرچسبنده (67/6 و 13/2 = ) انتخاب گردید. همچنین؛ برای انجام تحلیل ابعادی از روش پای- باکینگهام استفاده شد. نتایج نشان داد که حداکثر عمق گودال آبشستگی با کلیدپیانویی شدن سرریز لبه‌تیز خطی به طور تقریبی 31 درصد کاهش یافته است. با زیگزاگی شدن تاج جانبی سرریز کلیدپیانویی استاندارد (تیپA)، نشان داده شد که طول گودال آبشستگی با افزایش 15 درصدی و عمق تعادل آبشستگی با کاهش 12 درصدی نسبت به مدل شاهد رخ داده است. علاوه بر این؛ در مقادیر حداکثر عمق نسبی بحرانی hc/P و تراز پای‌آب hd/P نسبت به مقادیر حداقلی، مقدار حداکثر عمق آبشستگی به ترتیب 73 درصد افزایش و 90 درصد کاهش می‌یابد. همچنین، مشاهده شد که مقادیر آبشستگی در رسوبات ریزدانه 68 درصد بیشتر از رسوبات درشت-دانه رخ داده است. روند انتقال رسوب در گودال و پشته رسوبی با افزایش عدد فرود ذره، افزایشی است. در بازه عدد فرود ذره 7/2-1/2= Frd50 برای سرریزهای کلید پیانویی به طور متوسط مقادیر عمق و طول گودال آبشستگی با 10 درصد کاهش و 22 درصد افزایش برآورد شده است.

کلیدواژه‌ها


Anderson, R.M. and Tullis, B.P. (2012). Piano key weir hydraulics and labyrinth weir comparison. Journal of Irrigation and Drainage Engineering. 139(3), 246-253.
Bhuiyan, F., Hey, R.D. and Wormleaton, P.R. (2007). Hydraulic evaluation of W-weir for river restoration. Journal of Hydraulic Engineering. 133(6), 596-609.
Dabling, M.R., and Tullis, B.P. (2012). Piano key weir submergence in channel applications. Journal of Hydraulic Engineering, 138(7), 661-666.
Elnikhely, E.A., and Fathy, I. (2020). Prediction of scour downstream of triangular labyrinth weirs. Alexandria Engineering Journal, 59(2), 1037-1047.
Gebhardt, M., Herbst, J., Merkel, J. and Belzner, F. (2019). Sedimentation at labyrinth weirs–an experimental study of the self-cleaning process. Journal of Hydraulic Research. 57(4), 579-590.
Herbst, J. (2016).Hydraulische Untersuchungen a Labyrinth-Wehrenzur Durchgängigkeit von Treibgut, Geschiebe und Eis. Master thesis, Karlsruhe Institute of Technology, and Bundesanstalt für Wasserbau.
Jüstrich, S., Pfister, M. and Schleiss, A.J. (2016). Mobile riverbed scour downstream of a piano key weir. Journal of Hydraulic Engineering. 142(11), 04016043.
Khanh, M.H.T. (2013). The Piano Key Weirs: 15 years of Research and Development–Prospect. Labyrinth and piano key weirs II, 3.
Kumar, B., and Ahmad, Z. (2020). Experimental study on scour downstream of a piano key weir with nose.
Kummar, V., Ranga Raju, K.G., and Vittal, N. (1999). Reduction of local scour around bridge piers using slot and collar. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, 125(12), 1302–1305.
Leitz, A. (2016). Sedimenttransport bei Labyrinth-Wehren. Bachelor thesis, Institut, für Hydromechanik, Karlsruhe Institute of Technology KIT, and Bundesanstalt für Wasserbau BAW.
Machiels, O. (2012). Experimental study of the hydraulic behaviour of Piano Key Weirs. PhD diss., Université de Liège,​​ Belgium.
Machiels, O., Erpicum, S., Archambeau, P., Dewals, B. and Pirotton, M. (2013). Parapet wall effect on piano key weir efficiency. Journal of irrigation and drainage engineering. 139(6), 506-511.
Moradi, S., Shahsavari, h., Arfa, A., and Esmaili, K. (2020). Hydraulic Type-A Piano Key Weirs with Zigzag Lateral Crest. Journal of Ferdowsi Civil Enginnering, 33(1), 1-16.
Novak, P. and Cabelka, J. (1981). Models in hydraulic engineering: Physical principles and design applications (Vol. 4). Pitman Publishing.
Noseda, M., Stojnic, I., Pfister, M. and Schleiss, A.J. (2019). Upstream erosion and sediment passage at piano key weirs. Journal of Hydraulic Engineering, 145(8), 04019029.
Pagliara, S., Hager, W.H. and Minor, H.E. (2006). Hydraulics of plane plunge pool scour. Journal of Hydraulic Engineering, 132(5), 450-461.
Palermo, M., Crookston, B., and Pagliara, S. (2020). Analysis of Equilibrium Morphologies Downstream of a PK Weir Structure. In World Environmental and Water Resources Congress 2020: Hydraulics, Waterways, and Water Distribution Systems Analysis (pp. 43-51). Reston, VA: American Society of Civil Engineers.
Rajaei, A., Esmaeili Varaki, M. and Shafei Sabet, B. (2018). Experimental investigation on local scour at the downstream of grade control structures with labyrinth planform. ISH Journal of Hydraulic Engineering. 1-11.
Ribeiro, L.M., Bieri, M., Boillat, J.L., Schleiss, A.J., Singhal, G. and Sharma, N. (2012). Discharge capacity of piano key weirs. Journal of Hydraulic Engineering. 138(2), 199-203.
Sarathi, P., Faruque, M.A.A. and Balachandar, R. (2008). Influence of tailwater depth, sediment size and densimetric Froude number on scour by submerged square wall jets. Journal of Hydraulic Research. 46(2), 158-175.
Sharma, N. and Tiwari, H. (2013). Experimental study on vertical velocity and submergence depth near Piano Key weir. Labyrinth and piano key weirs II, 93-100.
Stein, O.R. and Julien, P.Y. (1994). Sediment concentration below free overfall. Journal of hydraulic Engineering. 120(9), 1043-1059.
Zolghadr, M. (2018). Effect of Six-Legged Elements installation arrangement on bed topography around Wing-Wall Abutments. 47-57.