مدل‌سازی فیزیکی هیدرولیک جریان سرریزهای پلکانی گابیونی با انسداد بالادست

نوع مقاله : مقاله کامل (پژوهشی)

نویسندگان

1 دانشگاه سیستان و بلوچستان

2 عضو هیئت علمی مرکز تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی خراسان رضوی

3 استاد دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران

چکیده

امروزه سرریزهای متخلخل به­دلیل عملکرد هیدرولیکی و فنی بالا از یک طرف و مضرات زیست- محیطی ناچیز از طرف دیگر، جایگزین مناسبی برای سازه­های بتنی معمول در سیستم­های انتقال و توزیع آب می­باشند. در این تحقیق عملکرد هیدرولیکی سرریزهای متخلخل پلکانی با وجود انسداد بالادست ناشی از نشست رسوبات، به‌صورت آزمایشگاهی مدل‌سازی شد. آزمایش­های این تحقیق در یک فلوم آزمایشگاهی به طول 11، عرض 5/0 و ارتفاع 5/0 متر در آزمایشگاه هیدرولیک مرکز تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی خراسان رضوی، انجام شده است. قابل ذکر است که ارتفاع کانال در 5/2 متر ابتدایی8/0 متر است. مصالح مورد استفاده در ساخت سرریز از چهار دانه­بندی بین 13/1 تا 4 سانتی­متر با ضریب یکنواختی نزدیک 1 انتخاب شدند. هر کدام از سرریز­ها برای 7 انسداد مختلف بین صفر تا 100 درصد مورد آزمایش قرار گرفت. همچنین نتایج با یک مدل سرریز پلکانی صلب با و بدون انسداد نیز مقایسه شد. مقدار درصد افزایش ضریب دبی برای سرریز متخلخل تقریباً بین 34 تا 230 درصد بیشتر از سرریز صلب است. نتایج نشان داد که انسداد در سرریز صلب تنها در درصد­های بالای 80 درصد بر ضریب دبی مؤثر بوده درحالی‌که در سرریز­های متخلخل با افزایش انسداد ضریب دبی به‌تدریج کاهش می­یابد. برخلاف سرریزهای صلب، روند تغییرات ضریب دبی با افزایش دبی در سرریزهای متخلخل، جز در انسدادهای بالا، نزولی بود. در نهایت با استفاده از الگوریتم بیان ژن رابطه­ای تجربی برای محاسبه ضریب دبی جریان آزاد سرریز پلکانی متخلخل در شرایط وجود انسداد استخراج شد.

کلیدواژه‌ها


Biabani, R. Salmasi, F. Nouri, M. and Abraham, J. (2022). Flow over embankment gabion weirs in free flow conditions. Journal of Hydro-environment Research, 44, 65-76.‏
Fathi-Moghaddam, M., Tavakol Sadrabadi M. and Rahmanshahi M. (2018). Numerical simulation of the hydraulic performance of triangular and trapezoidal gabion weirs in free flow condition. Flow Measurement and Instrumentation, 62 (2018), 93–104.
Ferreira, C. (2001a). Gene expression programming in problem solving. Proceedings of the 6th Online World Conf. on Soft Computing in Industrial Applications, 635-653.
Ferreira, C. (2001b). Gene expression programming: A new adaptive algorithm for solving problems. Complex Systems, 13(2), 87-129.
Fritz, H.M. and Hager, W.H. (1998). Hydraulics of embankment weirs. Journal of Hydraulic Engineering, 124(9), 963-971.
Hager, W. and Schwalt, M. (1994). Broad crested weir. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 120(1), 13–26.
Kells, J.A. (1993). Spatially varied flow over rockfill embankments. Canadian Journal of Civil Engineering, 20(5), 820–827.  
Kells, J.A. (1994). Reply on discussion of spatially varied flow over rockfill embankments. Canadian journal of civil engineering, 21(1), 163–166.
Leu, J.M., Chan, H.C. and Chu, M.S. (2008). Comparison of turbulent flow over solid and porous structures mounted on the bottom of a rectangular channel. Flow Measurement and Instrumentation, 19(6), 331-337.
Michioku, K., Maeno, S., Furusawa, T. and Haneda, M. (2005). Discharge through a permeable rubble mound weir. Journal of Hydraulic Engineering, 131(1), 1–10.
Mohamed, H. (2010). Flow over gabion weirs. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 136(8), 573-577.
Mohammadpour, R., Ghani, A.A. and Azamathulla, H.M.  (2013). Numerical modeling of 3-D flow on porous broad crested weirs. Applied Mathematical Modelling, 37(22), 9324-9337.
Rahmanshahi, M. and Shafai Bejestan, M. (2020). Gene-Expression Programming Approach for Development of a Mathematical Model of Energy Dissipation on Block Ramps. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 146(2), 04019033.‏
Roushangar, K., Akhgar, S., Salmasi, F. and Shiri, J. (2014). Modeling energy dissipation over stepped spillways using machine learning approaches, Journal of Hydrology, 508, 254-265.
Safarzadeh, A. and Mohajeri. S.H. (2018). Hydrodynamics of rectangular broad-crested porous weirs. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 144(10), 04018028, https://doi.org /10.1061/(ASCE)IR.1943-4774.0001338.
Salmasi, F. and Taghi Sattari, M. (2017). Predicting Discharge Coefficient of Rectangular Broad-Crested Gabion Weir Using M5 Tree Model. Iranian Journal of Science and Technology, Transactions of Civil Engineering, 41(2), 205-2012.
Salmasi, F., Sabahi, N. and Abraham J. (2021). Discharge Coefficients for Rectangular Broad-Crested Gabion Weirs: Experimental Study. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 147(3), 04021001, https://doi.org/10.1061/(ASCE)IR.1943-4774.0001535.
Shariq, A., Hussain, A. and Ahmad, Z. (2020). Discharge equation for the gabion weir under through flow condition. Flow Measurement and Instrumentation, 74, 101769, https://doi.org/10. 1016/j.flowmeasinst.2020.101769.
Shariq, A. Hussain, A. and Ahmad, Z. (2022). Flow over gabion weir under free and submerged flow conditions. Flow Measurement and Instrumentation, 102199, https://doi.org/10.1016/j.flowmeasinst. 2022.102199.