ارزیابی آزمایشگاهی استهلاک انرژی در سازه تلفیقی شیب‌شکن قائم با گابیون

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استاد، گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه مراغه، مراغه، آذربایجان شرقی، ایران

2 استادیار، گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه مراغه، مراغه، آذربایجان شرقی، ایران

3 گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه مراغه، مراغه، آذربایجان شرقی، ایران.

4 گروه عمران، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، آذربایجان غربی، ایران

چکیده

امروزه استفاده از مصالح سنگی به خصوص گابیون به جهت دسترسی آسان و فراوانی برای ساخت سدها‌ی پاره‌سنگی، فیلتراسیون و حوضچه‌های آرامش رو به افزایش است. در این تحقیق ابتدا هیدرولیک جریان عبوری با تلفیق نمودن سازه گابیونی با شیب‌شکن قائم و سپس تاثیر تخلخل و طول سازه گابیونی بر روی مقادیر استهلاک انرژی بررسی شد. برای دو حالت شیب‌شکن قائم ساده و گابیونی در مجموع 260 آزمایش شامل دو ارتفاع 15 و 20 سانتی‌متری شیب‌شکن، سه تخلخل 40، 45 و 50 درصدی و 8 طول مختلف گابیون با دامنه دبی 150 الی 800 لیتر بر دقیقه انجام شد. نتایج نشان داد در تمامی مدل‌های مورد بررسی، با افزایش پارامتر عمق بحرانی نسبی جریان، استهلاک انرژی جریان کاهش و عمق نسبی پایین‌دست افزایش می‌یابد. تلفیق سازه گابیونی سبب گردید که استهلاک انرژی جریان و عدد فرود پایین‌دست به ترتیب افزایش و کاهش یابند. به طور میانگین در تمامی مدل‌ها استفاده از گابیون %57 استهلاک انرژی جریان را نسبت به شیب‌شکن قائم ساده افزایش و بازه عدد فرود را از 5.7 -3.8 به 2.5-0.52 کاهش داده است. رژیم جریان عبوری از مدل‌های فیزیکی شیب‌شکن قائم گابیونی شامل جریان درون‌گذر، انتقالی و روگذر می‌باشد که رژیم جریان درون‌گذر سهم عمده‌ای در اتلاف انرژی دارد. برای یک طول نسبی ثابت، با افزایش تخلخل سازه گابیونی حجم آب عبوری از محیط متخلخل و استهلاک انرژی جریان افزایش می‌یابد در حالی که برای تخلخل ثابت، افزایش طول نسبی سازه گابیونی تاثیر چندانی بر میزان استهلاک انرژی ندارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Laboratory Evaluation of Energy Dissipation in the Combined Structure of the Vertical Drop with Gabion

نویسندگان [English]

  • Rasoul Daneshfaraz 1
  • Mahdi Majedi-Asl 2
  • SeyyedAli Mortazavi 3
  • Mohammad Bagherzadeh 4
1 Professor, Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, University of Maragheh, Maragheh, East Azarbaijan, Iran.
2 Assistant Professor, Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, University of Maragheh, Maragheh, East Azarbaijan, Iran.
3 Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, University of Maragheh, Maragheh, East Azarbaijan, Iran.
4 Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, Urmia University, Urmia, Western Azerbaijan, Iran.
چکیده [English]

Today, the use of stone materials, especially gabions, for easy access and abundance for the construction of rockfill dams, filtration, and stilling basin is increasing. In this study, first, the hydraulic flow by combining the gabion structure with a vertical drop and then the effect of porosity and length of the gabion structure on the energy dissipation values ​​were investigated. For two modes of simple vertical drop and gabion, a total of 260 experiments including two heights of 15 and 20 cm drop, three porosities of 40, 45, and 50 percent, and eight different gabion lengths with a flow range of 150 to 800 liters per minute were performed. The results showed that in all the studied models, with increasing the relative critical depth parameter of the flow, the energy dissipation decreases and the downstream relative depth increases. The integration of the gabion structure caused the energy dissipation and the downstream Froude number to increase and decrease, respectively. On average, in all models, the use of gabions increased 57% of the energy dissipation of the current compared to the simple vertical drop and reduced the range of the Froude number from 3.5-8.7 to 0.52-2.5. The flow regime passing through the vertical drop gabion physical models includes inflow, transient, and overflow, of which the Inflow regime plays a Major contribution in energy dissipation. For a constant relative length, increasing the porosity of the gabion structure increases the volume of water passing through the porous medium and the energy dissipation of the flow, in contrast for a constant porosity, increasing the relative length of the gabion structure has little effect on the energy dissipation. On average, in vertical drop gabion with 50% porosity compared to 40% porosity, the downstream relative depth increased by 15%.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Vertical drop
  • Gabion
  • Additional Structures
  • Energy dissipator
  • Froude Number

مراجع

[1] Daneshfaraz, R., Majedi Asl, M., Bagherzadeh, M. (2021). Experimental Investigation of the Energy Dissipation and the Downstream Relative Depth of Pool in the Sloped Gabion Drop and the Sloped simple Drop. Amirkabir Journal of Civil Engineering, 53(9), 4-4. doi: 10.22060/ceej.2020.18059.6751.
[2] Daneshfaraz, R., Majedi Asl, M., Bagherzadeh, M. (2021). Experimental Investigation of the Performance of Inclined Gabion Drop Equipped with a Horizontal Screen. Iranian Journal of Soil and Water Research, 52(1), 81-93. doi: 10.22059/ijswr.2020.308412.668705.
[3] Bakhmeteff, M.W. (1932). Hydraulics of open channels, New York and London, McGraw-Hill book company, Inc.
[4] Rajaratnam, N., and Chamani, M. R. (1995). Energy loss at drops. Journal of Hydraulic Research, 33(3), 373-384.
[5] Moore, W. L. (1943). Energy loss at the base of a free overfall. Transactions of the American Society of Civil Engineers, 108(1), 1343-1360.
[6] Rand, W. (1955). Flow geometry at straight drop spillways. In Proceedings of the American Society of Civil Engineers,81(9), 1-13.
[7] Esen, I. I., Alhumoud, J. M., & Hannan, K. A. (2004). Energy Loss at a Drop Structure with a Step at the Base. Water international, 29(4), 523-529.
[8] Liu, S. I., Chen, J. Y., Hong, Y. M., Huang, H. S., & Raikar, R. V. (2014). Impact characteristics of free over-fall in pool zone with upstream bed slope. Journal of Marine Science and Technology, 22(4), 476-486.
[9] Kabiri-Samani, A. R., Bakhshian, E., & Chamani, M. R. (2017). Flow characteristics of grid drop-type dissipators. Flow Measurement and Instrumentation, 54, 298-306.
[10] Daneshfaraz, R., Sadeghfam, S., & Hasanniya, V. (2019). Experimental investigation of energy dissipation in vertical drops equipped with a horizontal screen under supercritical flow. Iranian Journal of Soil and Water Research, 50(6), 1421-1436. 
[11] Daneshfaraz, R., Asl, M. M., Razmi, S., Norouzi, R., & Abraham, J. (2020). Experimental investigation of the effect of dual horizontal screens on the hydraulic performance of a vertical drop. International Journal of Environmental Science and Technology, 1-10.
[12] Daneshfaraz, R., Hasannia, V., Norouzi, R., Sihag, P., Sadeghfam, S., & Abraham, J. (2021). Investigating the Effect of Horizontal Screen on Hydraulic Parameters of Vertical Drop. Iranian Journal of Science and Technology, Transactions of Civil Engineering, 1-9.
[13] Daneshfaraz, R., Ghaderi, A., Di Francesco, S., & Khajei, N. (2021). Experimental study of the effect of horizontal screen diameter on hydraulic parameters of vertical drop. Water Supply.
[14] Mirzaee, R., Hosseini, K., mousavi, F. 2021. Numerical investigation on energy loss in vertical drop with horizontal serrated edge. Journal of Hydraulics, 16(1), 23-36. doi: 10.30482/jhyd.2021.256774.1486.
[15] Peyras, L. A., Royet, P., & Degoutte, G. (1992). Flow and energy dissipation over stepped gabion weirs. Journal of hydraulic Engineering, 118(5), 707-717.‏
[16] Pagliara, S. and Chiavaccini, P. 2006. Energy dissipation on block ramps. Journal of hydraulic Engineering, ASCE, 132(1): 41-48.
[17] Wüthrich, D., and Chanson, H. (2014). Hydraulics, air entrainment, and energy dissipation on a Gabion stepped weir. Journal of hydraulic engineering, 140(9), 04014046.
[18] Majedi Asl, M., Daneshfaraz, R., Chabokpour, J., Ghorbani, B. (2021). Laboratory Study of the Performance of Gabion Sill on the Energy Dissipation of Downstream of Ogee Weirs. Iranian Journal of Soil and Water Research, 52(1), 67-80. doi: 10.22059/ijswr.2020.309322.668725.
[19] Daneshfaraz, R., Bagherzadeh, M., Ghaderi, A., Di Francesco, S., & Asl, M. M. (2021). Experimental investigation of gabion inclined drops as a sustainable solution for hydraulic energy loss. Ain Shams Engineering Journal.
[20] Bagherzadeh, M., Mohammadi, M., Daneshfaraz, R., & Dasineh, M. (2021). Comparison of Hydraulic Parameters of Simple and Gabion Inclined Drops with Stilling Basin in The Downstream of The Structure. International science and innovation congress, Page39-45.
[21] Daneshfaraz, R., Bagherzadeh, M., Esmaeeli, R., Norouzi, R., & Abraham, J. (2021). Study of the performance of support vector machine for predicting vertical drop hydraulic parameters in the presence of dual horizontal screens. Water Supply, 21(1), 217-231.
[22] Hager, W. H., & Bremen, R. (1989). Classical hydraulic jump: sequent depths. Journal of hydraulic research, 27(5), 565-585.
[23] Daneshfaraz, R., Majedi Asl, M., Bagherzadeh, M. (2020). Experimental Analysis of Inclined Gabion Drop Behavior in Comparison to the Standard Stilling Basins (USBR). Iranian Journal of Soil and Water Research, 51(10), 2531-2541. doi: 10.22059/ijswr.2020.303078.668625.
[24] White, M.P. (1943). Discussion of Moore (1943), ASCE, 108, 1361-1364.
ارسال نظر در مورد این مقاله
CAPTCHA Image

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار