مطالعه آزمایشگاهی آبشستگی موضعی در پایین‌دست سازه‌های کنترل تراز بستر با پلان کنگره‌ای

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 رشت - دانشگاه گیلان - دانشکده کشاورزی - گروه مهندسی آب

2 دانشجوی کارشناسی ارشد سازه‌های آبی، گروه مهندسی آب، دانشکده علوم کشاورزی، دانشگاه گیلان

3 استادیار گروه مهندسی آب دانشگاه گیلان

چکیده

سازه‌های کنترل تراز بستر را برای جلوگیری از افت بستر رودخانه و حفظ پایداری سواحل و جلوگیری از به خطر افتادن سازه‌های احداث شده در آن می سازند. یکی از موضوعات مهم در طراحی و ایمن­سازی این سازه‌ها، پیش‌بینی عمق آبشستگی در پایین‌دست آنها و روش‌های کاهش آن است. در این تحقیق تأثیر پارامتر‌های هیدرولیکی بر مشخصات آبشستگی در پایین‌دست سازه‌های کنترل تراز بستر با پلان کنگره‌ای در آزمایشگاه بررسی شد. سرریز‌های مورد مطالعه دارای هندسه‌های مختلف مستطیلی و ذوزنقه‌ای بودند. آزمایش‌ها برای شرایط مختلف دبی و عمق پایاب اجرا شد. مقایسۀ نتایج به­دست آمده نشان می­دهد که با کاهش طول سیکل در جهت جریان سرریز‌های کنگره‌ای- ذوزنقه‌ای، عملکرد آنها در کاهش عمق آبشستگی بیشتر می­شود به گونه‌ای که کاهش عمق آبشستگی به‌طور متوسط تا 19 درصد می‌رسد‌. در سرریز‌های کنگره‌ای- مستطیلی، هرچه سیکل‌های ورودی عریض­تر باشد، عملکرد سرریز بهتر خواهد بود. کاهش عمق آبشستگی، در مقایسه با سازۀ کنترل تراز بستر خطی، به‌طور متوسط تا 10 درصد می‌رسد. در این تحقیق همچنین رابطه جدیدی برای تخمین حداکثر عمق آبشستگی برای سازۀ کنترل تراز بستر کنگره‌ای ارائه شده است. نتایج آزمایش­ها نشان می­دهد که رابطۀ ارائه شده نتایج مناسبی برای داده‌های نمونۀ اصلی دارد و دقت آن نیز مناسب است.  

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Laboratory Study on Local Scour at the Downstream of Grade Control Structures with Labyrinth Planform

چکیده [English]

Grade control structures are commonly used to prevent degradation, increase bank and bed of rivers stability and prevent cross structures failure in rivers. In order to design a safe grade control structures, estimation of local scour depth downstream of these structures is crucial. In this study effect of different parameters on local scour at the downstream of grade control structures with labyrinth planform was experimentally investigated. Different types of rectangular and trapezoidal labyrinth planform weirs were studied. Experimental results showed that labyrinth planform has a high effect on reducing scour depth. It was found that decreasing the length of cycles in trapezoidal weirs decreases the depth of scour while, decreasing the width of cycles in rectangular weirs increases the depth of scour. It was found that by increasing parameter and drop height, depth of scour increases, while increasing tailwater depth decreases the depth of scour and it varied from 2 to 8 percent for labyrinth weirs. Results showed that the scour depth follows an exponential law, dimensional equation for prediction of scour depth is presented. The accuracy of developed equation was examined with the available prototype data.
 
Keywords: Dencimetric Froude Number, Impinging Jet, Labyrinth Weir, Reduction of Scour Depth, Tail Water Depth.

کلیدواژه‌ها [English]

  • labyrinth weir
  • Dencimetric Froude number
  • Impinging jet
  • Reduction of scour depth
  • Tail Water Depth

Ali, K. H. M. and Neyshabouri, A. A. S. 1991. Localized scour downstream of a deeply submerged horizontol jet. Proceedings Institution of Civil Engineers. Part 2. 91(2): 1-18.

 

Balachandar, R., Faruque, M. A. A. and Sarathi, P. 2008. Influence of tail water depth, sediment size and dencimetric Froude number on scour by submerged square wall jets. J. Hydraul. Res. 46(2):158-175.

 

Bhuiyan, F., Hey, R. D. and Wormleaton, P. R.  2007. Hydraulic evaluation of w-weir for river restoration. J.  Hydraul. Eng. 133(6): 596-609.

 

Borman, N. E. and Julien, P. Y. 1991. Scour downstream of grade control structures. J. Hydraul. Eng. 117(5): 579-594.

 

Chakherloo, M., Tavakoli, A. and Hosseini, M. 2012. Effects of three dimensional flow on local scour at the downstream of sharp crested weir. Proceeding of 11th Iranian Hydraulics Conference. Oct. 8-10. University of Urmia. Urmia. Iran. (in Persian)

 

D’Agostino, V. and Ferro, V. 2004. Scour on alluvial bed downstream of grade control structures. J.  Hydraul. Eng. 130(1): 24-37.

 

Dey, S. and Sarkar, A. 2004. Review on local scour due to jets. Int. J. Sediment Res. 19(3): 210-238.

 

Dey, S. and  Sarkar, A. 2006. Scour downstream of an apron due to submerged horizontal jets. J.  Hydraul. Eng. 132(3): 246-257.

 

Dey, S. and Raikar, R. V. 2007. Scour below a high vertical drop. J. Hydraul. Eng. 133(5): 564-568.

 

Doehring, K. F. and Abt, S. 1994. Drop height influence on outlet scour. J. Hydraul. Eng. 120(12):
1470-1476.

 

Ghodsian, M., Melville, B. and Tajkarimi, D. 2006. Local scour due to free overfall jet. Proceedings of the Institution of Civil Engineers-Water Management. 159(4): 253-260.

 

Ghodsian, M., Mehraein, M. and Ranjbar, H. R. 2012. Local scour due to free fall jets in non-uniform sediment. Sci. Iran. 19(6): 1437-1444.

 

Hoffmans, G. J. C. M. and Verhij, H. J. 1997. Scour manual. Rotterdam. Brookfield. Netherlands. Balkema Pub.

 

Jahromi, H. and Naserian, H. H. 2007. Influence of tail water depth on local scour downstream of free jets. Proceeding of 6th Iranian Hydraulics Conference. Sep. 4-6. Shahrekord University. Shahrekord. Iran.
(in Persian)

 

Ojha, P. 1999. Outlet scour modeling for drop height influence. J. Hydraul. Eng. 125(1): 83-85.

 

Scurlock, S. M., Cristopher, L. T. and Steven, R. A. 2012. Equilibrium scour downstream of three-dimensional grade control structures. J. Hydraul. Eng. 138(2): 167-176.