اثر دبی انحرافی، شکل دهانۀ آبگیر، توپوگرافی و زبری بستر بر ابعاد جداشدگی جریان و تنش برشی در آبگیر جانبی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار گروه کشاورزی، دانشگاه پیام نور، تهران، ایران

2 دانشکده مهندسی عمران و محیط زیست، دانشگاه تکنولوژی، سیدنی، استرالیا

3 دانشیار گروه مهندسی عمران، دانشگاه آزاد اسلامی واحد استهبان، استهبان، فارس، ایران

چکیده

جداشدگی جریان و شکل­گیری جریان‌های چرخشیدر آبگیر منجر به آبشستگی و رسوب‌گذاری در قسمت­هایی از کانال اصلی و آبگیر می­شود و در نتیجه توپوگرافی بستر تغییر می ­یابد. در ناحیۀ جداشدگی، جریان به­صورت چرخشی با سرعت پایین است که باعث تجمع رسوب در این ناحیه می­شود و کاهش راندمان آبگیری را به­دنبال خواهد داشت. تعیین شرایط بهینۀ آبگیری یکی از موضوع ­های مورد توجه محققان بوده است. در این تحقیق، اثر توپوگرافی بستر بر ابعاد جداشدگی جریان در آبگیر 55 درجه با ورودی تیزگوشه و گردگوشه در چهار نسبت دبی انحرافی 2/0، 4/0، 6/0 و 8/0 به ­صورت آزمایشگاهی بررسی و نتایج آن با نتایج تحقیقات پیشین محققان مقایسه شد. تأثیر زبری و وجود صفحه­ های مستغرق بر مقدار تنش برشی داخل آبگیر در حالت ورودی تیزگوشه و گردگوشه نیز بررسی گردید. نتایج تحقیقات نشان می ­دهد در نسبت دبی انحرافی بالا و ورودی گردگوشه، ابعاد جداشدگی تا حدود 97 درصد نسبت به حالت تیزگوشه کاهش می ­یابد. در حالت تیزگوشه، با افزایش نسبت دبی انحرافی، طول ناحیۀ جداشدگی 20 درصد افزایش و عرض آن حدود 70 درصد کاهش می­یابد. علاوه بر این، وجود رسوب باعث کاهش طول و به‌خصوص عرض جداشدگی جریان می­شود. مقدار تنش برشی در حالت ورودی گردگوشه کمتر است تا در حالت ورودی تیزگوشه. در حالت بدون نصب صفحه˓ تنش برشی بیشتر است تا در حالت با نصب صفحه؛ و با نصب صفحۀ مستغرق با آرایش موازی و زیگزاگی و زاویه­ های 10 و 30 درجه، تنش برشی در نقاط عرضی یکنواخت می­شود که نشان می­دهد صفحات به کاهش جریان‌های چرخشی و کاهش تغییرات سرعت کمک کرده ­اند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

The Effect of Diversion Flow, Intake Inlet Shape, Topography and Bed Roughness on the Flow Separation Dimensions and Shear Stress at the Lateral Intake

نویسندگان [English]

  • mehdi karami moghadam 1
  • alireza keshavarz 2
  • tooraj sabzevari 3
1 Department of Agriculture, Payame Noor University (PNU), Iran
2 School of Civil and Environmental Engineering, University of Technology Sydney, Broadway, NSW, Australia
3 Department of civil engineering, Estahban Branch, Islamic Azad University, Estahban, Iran
چکیده [English]

Secondary currents and flow separation at the intake lead to sedimentation and erosion at the lateral and main channels, resulting changes in bed topography. In the separation zone, circular flow with low velocity causes sediment’s accumulation happens in this area, the consequences of which would be reduction of intake efficiency. Hence, determining the optimum conditions of the impoundment has been one of the concerns for the researchers. In this study, the effects of bed topography on the flow separation dimensions in the 55-degree water intake with the sharp and rounded edge entrances were assessed. Four different discharge ratios: 0.2, 0.4, 0.6 and 0.8 were tested in this experimental study and the results were compared with those issued in previous papers. Additionally, the effects of bed roughness and submerged vanes on shear stress within water intake were tested in sharp edge and rounded edge entrances. The results showed that in high diversion flow ratio and in round edge entrance, comparing to sharped edge entrance, about 97% of separation dimensions were reduced. In sharp edge entrances, increasing the diverted flow ratio, caused the length of the separation zone increased about 20% and its width reduced about 70%. Furthermore, the bed topography and roughness reduced the width of the separation zone. Also, the shear stress in rounded edge entrance was less than that in sharp edge entrance. The shear stress, in case of absence of submerged vanes, was more than that when submerged vanes were installed. By installation of submerged vanes with parallel and zigzag arrangements and with angles equal to 10 and 30 degrees, shear stress in transverse happened to be uniform, indicating that vanes have helped rotational flow being reduced and velocity being changed.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Channel
  • Circular Flow
  • erosion
  • River
  • Sediment

Abd Al-Haleem, F. S. F. 2008. Sediment control at river side intakes. Ph. D. Thesis. Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, Minufiya University, Egypt.

 

Ali, A. A., Al-Ansari, N. A. and Knutsson, S. 2012. Morphology of Tigris river within Baghdad city. J. Hydrol. Earth Syst. Sci. 16, 3783-3790.

 

Asiaei, H. and Montaseri, H. 2016. Numerical investigation of formation of bed topography in a U shaped channel bends with lateral intake with SSIIM2. J. Ferdowsi Civil Eng. 27(1): 115-132.

 

Biron, P., Best, J. L. and Roy, A. G. 1996. Effects of bed discordance on flow dynamics at open channel confluences. J. Hydraul. Eng. 122(12): 676-682.

 

Bradbrook, K., Lane, S., Richards, K., Biron, P. and Roy, A. 2001. Role of bed discordance at asymmetrical river confluences. J. Hydraul. Eng. 127(5): 351-368.

 

Jalili, H. R., Hoseinzade-Dalir, A. and Farsadizadeh, D. 2013. Investigating effect of inlet shape on the flow pattern and vortex generation around inlet of intake using numerical model. J. Water Soil Sci. 24(1): 29-40. (in Persian)

 

Karami-Moghadam, M. 2007. Determination of the optimum rounded radius at 55 and 90 degree water intake. M. Sc. Thesis. Water Engineering Department, Shiraz University, Shiraz, Iran. (in Persian)

 

Keshavarzi, A. and Habibi, L. 2005. Optimizing water intake angle by flow separation analysis. J. Irrig. Drain. 54, 543-552.

 

Khosravinia, P., Hosseinzadeh-Dalir, A., Shafai-Bajestan, M. and Farsadizadeh, D. 2013. Experimental and numerical investigations of the effect of main channel side slope on flow pattern in right angle confluence of channels. J. Water Soil Sci. 24(3): 105-119. (in Persian)

 

Leite Ribeiro, M., Blanckaert, K., Roy, A. G. and Schleiss, A. J. 2012. Hydromorphological implications of local tributary widening for river rehabilitation. Water Resour. Res. 48(10): 1-19.

 

Ludena, S., France, M., Schleiss, A. and Cardoso, A. 2014. Bed topography evolution in a discordant bed channel confluence. Proceedings of the 3rd IAHR Europe Congress. Apr. 14-16. Porto, Portugal.

 

Safarzadeh, A. and Khaiatrostami, B. 2017. Mean flow characteristics, vertical structures and bed shear stress at open channel bifurcation. J. Appl. Res. Water Wastewater. 7, 299-304.

 

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