Feasibility of Reducing the Surface of Submerged Vanes by Maintaining Efficiency in the River Bend

Document Type : Research Article

Authors

1 Ph.D. Student, Department of Water Science and Engineering, Khouzestan Science and Research Branch, Islamic Azad University, Ahvaz, Iran

2 Associate Professor, Department of Water Science and Engineering, Ahvaz Branch, Islamic Azad University, Ahvaz, Iran

3 Assistant Professor, Department of Water Science and Engineering, Shoushtar Branch, Islamic Azad University, Shoushtar, Iran

4 Assistant Professor, Department of Water Science and Engineering, Ahvaz Branch, Islamic Azad University, Ahvaz, Iran

Abstract

The outer bend of the river bank is one of the most suitable locations for water diversion intakes. During floods, sediments enter the lateral intakes with the diversion flow, causing such problems as sediment accumulation at the entrance, canal and downstream of the intake, reducing the water intake capacity from the river. An efficient and effective method in reducing the inflow of sediment is using submerged vanes. In the present study a laboratory flume with 180-degree bend was used. This bend behaves similar to most bends of the meandering rivers, such as Karun River in order to physically model the possibility of reducing the area and the scour hole of the submerged vanes, while maintaining their efficiency. The vanes consisted of four different shapes, including a simple rectangle, and three other rectangular shapes modified with 30, 45, and 60 degree cuts in their front edge. They were placed separately and in a two-row arrangement, at a 110 degree angle, in front of the water intake opening, which were connected to the main canal in a 45 degree angle; and were examined and evaluated under similar hydraulic conditions. The findings of this study show that with an increase in the cut angle in the front edge of the submerged vanes (θ), there is a decrease in the size of the scour hole around them. Fixed in a 30 degree angle, for 60 degrees θ vanes, and for relative diversion discharge with a unit width of up to 0.25, the efficiency and performance of submerged vanes were maintained despite an approximately 29% reduction in their areas. Moreover, the depth of scour holes around them were reduced approximately by 29.4%, compared to simple rectangular vanes.

Keywords


اسماعیل ورکی، م. و فرهودی، ج. (1388). "مطالعه آزمایشگاهی اثر زاویه آبگیری بر مقدار ورود رسوب به دهانه آبگیر در بندهای انحرافی: هشتمین سمینار بین المللی مهندسی رودخانه، اهواز، دانشگاه شهید چمران.
پور آصف، ف.، بینا، م. و عبدالشاه نژاد، ر. (1384). "تحلیل هیدرولیکی و هندسی خم‌های رودخانه‌های کارون و دز". پنجمین کنفرانس هیدرولیک ایران، دانشکده مهندسی دانشگاه شهید باهنر، کرمان.
پیرستانی، م. (1383)، "بررسی الگوی جریان و آبشستگی دردهانه ورودی آبگیر کانالهای دارای انحناء". رساله دکتری، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات.
جلیلی، ح. ، حسین زاده، ع. و فرشادی زاده، د. (1390). "تأثیر هندسه آبگیر بر مقدار و الگوی رسوب گذاری در آبگیر جانبی"، مجله پژوهش آب ایران، سال پنجم، شماره نهم، ص‌ص. 1-10.
خانجانی، م، بارانی، غ، رحمانیان، م و ساجدی ، م. (1378) "بررسی آرایش مکانی صفحات مستغرق برای کاهش رسوبگذاری دردهانه آبگیر بامدل فیزیکی"، مرکزتحقیقات جهادسازندگی تهران، اسفند، شماره 2، ص. 179.
دهقانی، ا.،ا. (1385). "مطالعه آزمایشگاهی کنترل رسوب ورودی به آبگیر جانبی در قوس 180 درجه". رساله دکتری مهندسی عمران گرایش هیدرولیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران.
دهقانی، ا. قدسیان، م. صالحی نیشابوری، س.ع. ا. و شفیعی‌فر، م. (1389). "کنترل رسوب ورودی به آبگیر جانبی در قوس 180 درجه با استفاده از پره‌های مستغرق". مجموعه مقالات هفتمین کنفرانس مهندسی عمران، دانشگاه تربیت مدرس، تهران.
رستم آبادی، م. صالحی نیشابوری، س .ع. ا. و زراتی، ا. ر. (1392). "بهینه سازی شاخص‌های هندسی صفحه مستغرق در بستر رسوبی کانال مستقیم با روش تاگوچی و GRA". مجله عمران مدرس، دوره سیزدهم، ویژه‌نامه بهار 1392، ص‌ص. 79 - 93.
ساجدی سابق، م. ، حبیبی، م. و رحمانیان، م. (1376). "بررسی کاربرد صفحات مستغرق به منظور جلوگیری از رسوب گذاری در داخل نهرهای آبرسانی سیستم پخش سیلاب"، گزارش پایانی طرح تحقیقاتی، مرکز تحقیقات حفاظت خاک و آبخیزداری.
سیدیان، س. م.، و شفاعی بجستان، م. (1389). "مقایسه رسوب معلق ورودی به آبگیر با تغییر زاویه دیواره کانال اصلی از قائم، نشریه آب و خاک، جلد 24، شماره 5، ص‌ص. 985 -994.
عباسی، ع. (1382). "مطالعه آزمایشگاهی کنترل رسوب در آبگیرهای جانبی در مسیرهای مستقیم". رساله دکتری، دانشگاه تربیت مدرس، تهران.
عزیزی ر.، (1391). "بررسی اثر شکل بهینه و فاصله‌ی نصب صفحات مستغرق بر الگوی رسوب در بستر کانال". رساله دکتری، دانشگاه شهید چمران اهواز.
عزیزی ر.، شفاعی بجستان م.، قمشی م. و موسوی جهرمی س. ح. (1391). "تأثیر شکل صفحه مستغرق بر آبشستگی موضعی و الگوی رسوب گذاری در کانال‌های آبرفتی"، نشریه‌ی دانش آب و خاک، جلد 22، شماره 2، ص‌ص. 67-78.
قلانی، ع. (1377). "بررسی آزمایشگاهی درباره تأثیر زاویه قرارگیری صفحات مستغرق بر عملکرد آنها در مدخل‌های آبگیری از رودخانه". پایان نامه کارشناسی ارشد رشته سازه‌های هیدرولیکی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران.
مسجدی، ع. و حلوایی فرد، م. (1395).،" بررسی اثر زاویه صفحات مستغرق در کنترل رسوب به آبگیر جانبی در  قوس 180 درجه رودخانه "، نشریه علوم آب و خاک، جلد 20، شماره 78، ص‌ص. 29-38.
معاونت برنامه­ریزی و نظارت راهبردی ریاست جمهوری. (1388)."راهنمای آبگیری­از رودخانه­ها"، نشریه­شماره 509.
یونسی، ح. (1381). "بررسی تأثیر آرایش طولی صفحات مستغرق بر تغییر مورفولوژی بستر رودخانه در مجاورت آبگیرهای ثقلی"، پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تهران.
یونسی، ح. ، امید، م. و کاشفی پور، م. (1383). "بررسی تأثیر آرایش طولی صفحات مستغرق در یک کانال مستقیم بر توپوگرافی بستر بر افزایش نسبی راندمان آبگیری و کاهش رسوبگذاری در دهانه­ آبگیرهای ثقلی"، مجله علمی کشاورزی، ویژه­نامه مهندسی­علوم­آب، جلد 27، ص‌ص. 127-149.
Barkdoll, D., Ettema, R. and Odgaard, A. J. (1999). “Sediment control at lateral diversions: limits and enhancement to vane use”. Journal of Hydraulic Engineering, 125(8): 132-136.
Gupta U.P. and Sharma N., (2007).“Performance evaluation of tapered vane”. Journal of Hydraulic Research. Vol. 45, No. 4, pp. 472-477.
Gupta U.P., Ojha C. S. P. and Sharma N., (2010). “Enhancing utility of submerged vanes with collar. J. Hydraulic Eng. ASCE 136(9): 651-655.
Johnson, P.A. , Hey R. D. ,Tessier, M. and Rosgen, D.L. (2001). “Use of vanes for control of scour at vertical wall abutment”. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE 127(9)772-778.
Marelius, F. (2001). “Experimental investigation of vanes as a means of beach protection, Coastal Engineering 42:1-16.
Michell F., Ettema R. and Muste M. (2006). Case study: “Sediment control at water intake for large thermal-power station on a small river”. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE  132(5): 440-449.
Nakato T., Kennedy J. F., and Bauerly D. (1990). “Pump station intake-shoaling control with submerged vanes”. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE 116(1): 119-128.
Odgaard A.J. and Mosconi C.E. )1987(. “Stream bank protection by submerged vanes”. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE 113(4): 520-536.
Odgaard, A. J. and Wang, Y. (1991a). “Sediment management with submerged vanes, I: Theory”, J. Hydraul. Eng., 117(3), 267-283.
Odgaard, A.J. and Kennedy, J. F. (1983) “River bend bank protection by submerged vanes”. Journal of Hydraulic Engineering 109(8):1161-1173.
Odgaard, A.J., and Lee H.Y.E. , (1984). “Submerged vanes for flow control and bank protection in streams”. IIHR Rep. No. 279, Iowa Institute of Hydraulic Research, University of Iowa, Iowa.
Ouyang, H. (2009). "Investigation on the dimensions and shape of a submerged vane for sediment management in alluvial channels"; Journal of Hydraulic Engineering. 135(3), 209-217.
Raudkivi, A. J. (1976). “Loose Boundary Hydraulics”. A.A. Balkema, Rotterdam, Netherlands. pp. 103-116.
Spoljaric, A. (1988). “Mechanics of submerged vanes on flat boundaries”. PhD Thesis, University of Iowa, Iowa.
Wang, Y. and Odgaard A.J. (1993). “Flow control with vorticity”. Journal of Hydraulic Research 31(4): 549-562