مطالعۀ آزمایشگاهی تأثیر شیب جانبی دیوار کانال اصلی در تلاقی کانال های روباز بر ابعاد ناحیۀ جداشدگی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار گروه علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه کردستان، سنندج، ایران

2 استاد گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

3 استاد گروه مهندسی آب، دانشکده علوم و مهندسی آب، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران

4 استادیار گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران

چکیده

مطالعۀ هیدرولیک جریان در تلاقی رودخانه ­ها و کانال­ های روباز از جنبه­ های مختلف شامل فرسایش، رسوب­گذاری و ملاحظات زیست محیطی بااهمیت است. یکی از مهم­ترین خصوصیات مورد توجه در محل تلاقی، ابعاد ناحیة جداشدگی جریان است. این ناحیه بلافاصله بعد از گوشۀ پایینی محل تلاقی در حین ورود جریان از شاخۀ فرعی به شخة اصلی به­ وجود می­ آید. در پژوهش حاضر تأثیر شیب جانبی دیوار کانال اصلی بر ابعاد ناحیۀ جداشدگی جریان بررسی شده است. آزمایش­ ها به­ ازای چهار نسبت دبی، چهار عدد فرود پایاب و زاویه­ های 45، 60، 75 و 90 درجه اجرا شده است. نتایج به‌دست‌ آمده حاکی از افزایش ابعاد ناحیۀ جداشدگی در اثر کاهش زاویۀ شیب جانبی دیوار کانال اصلی است. میانگین افزایش طول ناحیۀ جداشدگی به­ ازای زاویه­ های 45، 60 و 75 درجه نسبت به دیوار قائم به ­ترتیب برابر 55/3، 30/3 و 15/5 درصد به‌دست‌ آمده است. مقادیر گفته شده برای پهنای ناحیۀ جداشدگی به ­ترتیب برابر 33/8، 22/7 و 10/8 درصد است. کاهش عدد فرود پایاب و افزایش نسبت دبی کانال فرعی به کانال اصلی نیز با افزایش ابعاد ناحیۀ جداشدگی همراه است. همچنین، متناسب با افزایش زاویۀ شیب جانبی، شاخص شکل ناحیۀ جداشدگی افزایش می‌یابد به­طوری­که میانگین مقادیر آن به­ ازای زاویه ­های 45، 60، 75 و 90 درجه به­ترتیب برابر 0/144، 0/147، 0/150 و 0/156 به­ دست آمده است. علاوه بر آن، روابطی رگرسیونی برای محاسبۀ طول و پهنای ناحیۀ جداشدگی و بر اساس متغیرهای بی­ بعد تحقیق حاضر استخراج و به­ ازای شیب جانبی 90 درجه با روابطی مقایسه شد که دیگر محققان به­ کار برده‌اند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Study of Side Slope Effect of Main Channel Wall in Open-Channels Junction on Separation Zone Dimensions

نویسندگان [English]

  • payam Khosravinia 1
  • Ali Hosseinzadeh Dalir 2
  • Mahmoud Shafai-Bajestan 3
  • Mohammad Reza Nikpour 4
1 Assistant Professor of Water Engineering. Department of Water Sciences and Engineering. Faculty of Agriculture. University of Kurdistan, Sanandaj, Iran
2 University of Tabriz
3 Professor of Water Engineering. Faculty of Water Sciences and Engineering. Shahid Chamran University of Ahvaz
4 : Assistant Professor, Department of Water Engineering, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil
چکیده [English]

The study of hydraulic condition around the rivers confluence and open-channel is important in various aspects, including erosion, sedimentation and environmental considerations. One of the most important characteristics in the confluences is dimensions of separation zone. This zone immediately develops in the lower corner of the junction, as flow entrance of the lateral channel into the main channel. In this research, side slope effects of the main channel on dimensions of flow separation zone was studied. Experiments were conducted with four discharge ratios, four downstream Froude numbers and four side slope angles of 45°, 60°, 75° and 90°. Results showed that the separation zone enlarges by decreasing of side slope angle of the main channel wall. The results showed that on average, and for side slopes angels of 45°, 60° and 75°, the length of separation zone was increased 55.3%, 30.3% and 15.5% respectively in comparison of the vertical wall. The mentioned values were achieved 33.8%, 22.7% and 10.8% respectively, for the width of separation zone. On the other hand, the dimensions of separation zone increased by decreasing of the downstream Froude number and increasing of the discharge ratio. Also, increasing of side slope angle was accompanied with increment of separation zone shape index. For side slope angles of 45°, 60°, 75° and 90°, values of this index were obtained 0.144, 0.147, 0.150 and 0.156, respectively. Moreover, a regression equation was developed using dimensionless parameters for prediction of separation zone dimensions; it was compared with the equations presented by other researchers, for side slope angle of 90o.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Dimensional Analysis
  • Hydraulic Characteristics
  • Inclined Wall
  • Regression equation
Best, J. L. 1987. Flow dynamics at river channel confluences: implications for sediment transport and bed morphology. In: Ethridge, F.G., Flores, R. M. and Harvey, M. D. (Eds.) Recent Developments in Fluvial Sedimentology. Special Publication of the Society of Economic Paleontologists and Mineralogists (SEPM). 39, 27-35.

 

Best, J. L. and Reid, I. 1984. Separation zone at open-channel junctions. J. Hydraul. Eng. 110, 1588-1594.

 

Biron, P., Ramamurthy, M. A. S. and Han, S. 2004. Three-dimensional numerical modeling of mixing at river confluences. J. Hydraul. Eng. 130, 243-253.

 

Bonakdari, H., Lipeme-Kouyi, G. and Wang, X. 2011. Experiment validation of CFD modeling of multiphase flow through open channel confluence. World Environmental and Water Resources Congress. May 22-26. California, USA.

 

Boyer, C., Roy, A. G. and Best, J. L. 2006. Dynamics of a river channel confluence with discordant beds: Flow turbulence, bed load sediment transport, and bed morphology. J. Geophysic. Res. 111(4): 1-22.

 

Cohelo, M. P. 2015. Experimental determination of free surface levels at open-channel junctions. J. Hydraul. Res. 53(3): 394-399.

 

Dordevic, D. 2012. Application of 3D numerical models in confluence hydrodynamics modeling. 19th International Conference on Water Resources. June, 17-22. Urbana-Champaign, USA.

 

Ghobadian, R., Shafaie-Bajestan, M. and Mousavi-Jahromi, S. H. 2006. Experimental investigation of flow separation zone in river confluence in subcritical flow condition. J. Iran-Water Resour. Res. 2(2): 67-77. (in Persian)

 

Gohari, S. 2013. Numerical and experimental study of flow pattern at the junction of 90o rectangular channel. J. Water Soil Conserv. 19(4): 121-137. (in Persian)

 

Gurram, S. K., Karki, K. S. and Hager, W. H. 1997. Subcritical junction flow. J. Hydraul. Eng. 123, 447-455.

 

Huang, J., Weber, L. J. and Lai, Y. G. 2002. Three-dimensional numerical study of flows in open-channel junctions. J. Hydraul. Eng. 128, 268-280.

 

Mousavi-Jahromi, S. H. and Goudarzizadeh, R. 2011. Three-dimensional numerical simulation of flow pattern in open-channel junctions. J. Sci. Irrig. Eng. 34(2): 61-70. (in Persian)

 

Weber, L. J., Shumate, E. D. and Mawer, N. 2001. Experiments on flow at a 90o open-channel junction. J. Hydraul. Eng. 127(5): 340-350.