بررسی عوامل موثر بر آبگذری جریان از آبگیر کفی با محیط متخلخل در شرایط آب زلال

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه فردوسی مشهد/ دانشکده کشاورزی/ گروه مهندسی آب

2 استاد گروه علوم و مهندسی آب دانشکده کشاورزی دانشگاه فردوسی مشهد

3 دانشگاه فردوسی مشهد/ دانشکده کشاورزی/ گروه علوم و مهندسی آب

چکیده

به‌کارگیری محیط متخلخل به‌جای صفحات مشبک در آبگیری از کف رودخانه‌های کوهستانی، از روش‌های نوین آبگیری از رودخانه محسوب می‌شود. در پژوهش حاضر با ساخت مدل آزمایشگاهی و اجرای آزمایش‌های متعدد، تاثیر عواملی مانند: اندازه و یکنواختی سنگدانه‌های داخل آبگیر، طول و ارتفاع مختلف آبگیر و دبی‌های ورودی متفاوت بر میزان دبی انحرافی آبگیرکفی با محیط متخلخل، بررسی شد. نتایج به‌دست آمده از آزمایش‌ها نشان می‌دهد که هر چه اندازۀ سنگدانه‌های محیط متخلخل آبگیر بزرگتر و دانه‌بندی یکنواخت‌تر باشد میزان دبی انحرافی از آبگیر بیشتر خواهد بود. افزایش ضریب یکنواختی سنگدانه‌های داخل آبگیر موجب کاهش 4 تا 6 درصد از نسبت دبی انحرافی به دبی ورودی می‌شود. با افزایش طول و ارتفاع(ضخامت) آبگیر، میزان دبی انحرافی از آبگیر روند افزایشی دارد. برای مثال، افزایش طول آبگیر از 15 به 45 سانتی‌متر برای مدل آبگیری با ارتفاع10 سانتی‌متر و سنگدانه‌های با متوسط 15/30میلی‌متر باعث افزایش 25 درصد در نسبت دبی انحرافی به دبی ورودی برای دبی ورودی 14/82لیتر بر ثانیه شد. حداقل و حداکثر نسبت دبی انحرافی به دبی ورودی در آزمایش‌های این تحقیق به‌ترتیب 13 و 90 درصد است. مقایسۀ نتایج این بدست آمده از این تحقیق با نتایج بدست آمده از تحقیقات پیشین حاکی از کاهش میزان دبی انحرافی در شرایط جدید است. با تجزیه و تحلیل داده‌های به‌دست آمده و استفاده از آنالیز ابعادی و رگرسیون چند متغیره بین نتایج آزمایش‌ها، معادله‌ا‌ی جدید برای تخمین ضریب آبگذری برای این نوع آبگیر پیشنهاد شده است.

به­کارگیری محیط متخلخل به­جای صفحات مشبک در آبگیری از کف رودخانه­های کوهستانی، از روش­های نوین آبگیری از رودخانه محسوب می­شود. در پژوهش حاضر با ساخت مدل آزمایشگاهی و اجرای آزمایش­های متعدد، تأثیر عواملی مانند: اندازه و یکنواختی سنگدانه­های داخل آبگیر، طول و ارتفاع مختلف آبگیر و دبی­های ورودی متفاوت بر میزان دبی انحرافی آبگیر کفی با محیط متخلخل، بررسی شد. نتایج به­دست آمده از آزمایش­ها نشان می­دهد که هر چه اندازۀ سنگدانه­های محیط متخلخل آبگیر بزرگتر و دانه­بندی یکنواخت­تر باشد میزان دبی انحرافی از آبگیر بیشتر خواهد بود. افزایش ضریب یکنواختی سنگدانه­های داخل آبگیر موجب کاهش 4 تا 6 درصد از نسبت دبی انحرافی به دبی ورودی می­شود. با افزایش طول و ارتفاع (ضخامت) آبگیر، میزان دبی انحرافی از آبگیر روند افزایشی دارد. برای مثال، افزایش طول آبگیر از 15 به 45 سانتی­متر برای مدل آبگیری با ارتفاع10 سانتی­متر و سنگدانه­های با متوسط قطر 30/15 میلی­متر باعث افزایش 25 درصد در نسبت دبی انحرافی به دبی ورودی برای دبی ورودی 82/14 لیتر بر ثانیه شد. حداقل و حداکثر نسبت دبی انحرافی به دبی ورودی در آزمایش­های این تحقیق به­ترتیب 13 و 90 درصد است. مقایسۀ نتایج این به­دست آمده از این تحقیق با نتایج به­دست آمده از تحقیقات پیشین حاکی از کاهش میزان دبی انحرافی در شرایط جدید است. با تجزیه و تحلیل داده­های به­دست آمده و استفاده از آنالیز ابعادی و رگرسیون چند متغیره بین نتایج آزمایش­ها، معادله­ا­ی جدید برای تخمین ضریب آبگذری برای این نوع آبگیر پیشنهاد شده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Evaluation of Effective Factors on Flow Discharge in Bottom Intakes with Porous Media in Clear Water

نویسنده [English]

  • Saeed Reza Khodashenas 2
2 Professor, Department of Water Engineering, Faculty of Agriculture, Ferdowsi University of Mashhad, Iran.
چکیده [English]

Applying bottom racks to divert water from the river bed is one of the most common methods in water diversion works. Problems due to rack installation on diversion channel have led to propose new idea of bottom intake with porous media. In the present investigation by conduduction of several experiments and by using laboratory equipments, , diverted discharge were measured for different grain size distributions of porous media, three lengths and three heights for intake and rates of  flow. According to the obtained results, as the the grain size increased, diverted flow was also increased, but as the  increasing uniformness coefficient of grain intake was increased, diverted flow decreased between 4 to 6 percent. diverted discharge increased with an increase of  the length and height of intake. For example increasing intake length from 15 cm to 45 cm for intake model with H=10 cm, d50=15.3 mm and Qt=14.82 lit/s, caused 25% increase in diverted discharge. Minimum and maximum values of relative diverted discharge in investigation  was found to be 13 and 90  percent respectively. Comparison of the results of this research with previous research findings,  showed that the rate of diverted discharge under  new conditions decreased. By analysis of experimental data  and using dimensional analysis  and multivariate regression, a new equation  for estimation of discharge coefficient with the value of  R2=0.897 was  developed.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Bottom intake
  • Discharge Coefficient
  • Porous Media

Ahmadi, H. and Fararoei, A. R. 2016. Numerical simulation of bottom intake by three-dimensional model MIKE. 3th Conference on Recent Innovations in the Field of Civil Engineering, Architecture and Urrban Planning. Tehran, Iran. (in Persian)

 

Brunella, S., Hager, W. H. and Minor, H. E. 2003. Hydraulics of bottom rack intake. J. Hydraul. Eng. 129(1): 2-10.

 

Castillo, L. G., García, J. T. and Carrillo, J. M. 2016. Experimental and numerical study of bottom rack occlusion by flow with gravel-sized sediment.application to ephemeral streams in semi-arid regions. Water 2016, 8(4), 166. doi:10.3390/w8040166.

 

Gharanjik, A., Khodashenas, S. R. and Akbarzadeh, M. R. 2016. Hydraulic evaluation of new system bottom intake under reduce width. 1th National Conference on Applied Research in Structural Engineering and Construction Management. Sharif University. Thran, Iran. (in Persian)

 

Ghosh, S. and Ahmad, Z. 2006. Characteristics of flow over bottom racks. Water Energy Int. CBIP.
 63(2): 47-55.

 

Hosseyni, S. M. and Abrishami, J. 2007. Open Channel Hydraulics. 17th Ed. Emam Reza University Pub. (in Persian)

 

Kamanbedast, A. A. and Shafai-Bejestan, M. 2008. Effects of slope and area opening on the discharge ratio in bottom intake structures. J. Appl. Sci. 8(14): 2631-2635.

 

Kooroshvahid, F., Esmaili, K., Maghrebi, M. F., Alizadeh, A. and Naghavi, B. 2010. Flow Discharge in Bottom Intakes with Porous Media. Journal of Water and Soil, 24(2):347-358. (in Persian)

 

Kumar, S. and Ahmad, Z. 2015. Experimental investigation on ingestion of sediment into trench weirs. ISH  J. Hydraul. Eng. 21, 343-352.

 

Madani, F. S., Khodashenas, S. R. and Esmaili, K. 2016. Hydraulic performance investigation of new system bottom intakes under different slop racks.15th Iranian Hydraulic Conference. Imam Khomeini International University. Ghazvin, Iran. (in Persian)

 

Mostkow, M. 1957. Theoretical study of bottom type water intake. La Houille Blanche. 4, 570-580.

 

Pouresmaeil, S. and Maghrebi, M. F. 2014. Experimental study on hydraulic characteristics of porous bottom intake in clear water. J. Water Soil. 28(1): 35-45. (in Persian)