تأثیر شیب کف حوضچة آرامش بر آبشستگی بستر در پایین‌دست سرریز پلکانی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش آموخته کارشناسی ارشد مهندسی سازه های آبی؛ دانشگاه شهید باهنر کرمان، کرمان، ایران

2 استاد بخش مهندسی عمران؛ دانشگاه شهید باهنر کرمان، کرمان، ایران

3 استادیار بخش مهندسی آب دانشگاه شهید باهنر کرمان، کرمان، ایران

چکیده

سرریز پلکانی و حوضچة آرامش از مهم‌ترین سازه‌های مستهلک­کنندة انرژی محسوب می‌شوند. با این­که بخش قابل توجهی از انرژی جریان با این دو سازه مستهلک می‌شود انرژی باقی‌مانده در جریانورودی به پاشنة سرریز، قادر به تخریب احتمالی آن خواهد بود. در این پژوهش تأثیر شیب حوضچة آرامش بر آبشستگی پایین‌دست در حضور سرریز پلکانی به‌صورت آزمایشگاهی بررسی شده است. آزمایش‌ها در آزمایشگاه سازه‌های هیدرولیکی دانشگاه شهید باهنر کرمان با شش دبی مختلف و پنج شیب کف حوضچة آرامش اجرا شد. پارامترهای مختلف از جمله حداکثر عمق آبشستگی (ds)، سرعت جریان، عمق آب در سراب و پایاب، عمق آب در انتهای حوضچة آرامش، فاصلة وقوع حداکثر عمق آبشستگی و منطقة توسعة حفرة آبشستگی تا حوضچة آرامش به­ترتیب (Lsو Lt). اندازه‌گیری شد. با مقایسة نتایج به‌دست ‌آمده با آزمایش شاهد در حالت حوضچه آرامش با شیب کف 02/ و 02/0-، متوسط عمق آبشستگی نسبی به­ترتیب 47 درصد افزایش و 2/52 درصد کاهش یافته است.فاصلة حداکثر عمق آبشستگی نسبی و فاصله انتهای منطقه توسعه حفره آبشستگی با افزایش عدد فرود ذره افزایش و با افزایش شیب کف حوضچه آرامش این مقدارها افزایش و با کاهش شیب کف حوضچه آرامش کاهش یافتند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

The Effect of Stilling Basin Slope of Bed Scour at Downstream of Stepped Spillway

نویسندگان [English]

  • elnaz eghlidi 1
  • Gholam-Abbas Barani 2
  • kourosh qaderi 3
1 Msc of Hydraulic Structure, Department of Water Engineering, Faculty of Agriculture, Shahid Bahonar university of Kerman(UK), Kerman, Iran
2 Professor of Shahid Bahonar University of Kerman
3 Assistant Professor, Department of Water Engineering, Faculty of Agriculture, Shahid Bahonar university of Kerman(UK), Kerman, Iran
چکیده [English]

Stepped spillways and stilling basins are the most important energy dissipation structures. Even though most part of energy would be dissipated by these two structure, the remaining part of energy of flow may be capable to grave the bed scour and to create the scour hole downstream of them. Structures could be destroyed if this part of energy is high. In this study, the effects of stilling basin slopes on bed scour at downstream of stepped spillway were investigated experimentally. Experiments were conducted in the laboratory of hydraulic structures at University of Kerman with six different discharges and five various stilling basin slopes. The following parameters were measured: maximum scour depth (ds), flow velocity (in three point), water depth in upstream and downstream stepped spillway and stilling basin, the distance from where  the maximum scour depth happened to sill (Ls), and the geometry of scour hole. Results showed 47 percent increase and 52.2 percent decrease in average of maximum relative scour depth when stilling basin slopes were 0.02 and -0.02, respectively. Also, it was shown that the distance between the point where maximum scour depth had happened to the end of stilling basin increased when Froude number increased and decreased when stilling basin slope decreased.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Energy Dissipation Structures
  • Stepped Spillway
  • Maximum Depth of Scour

Alizadeh, A. 2009. Principles of Applied Hydrology. (Ed.) Astan Quds Razavi Pub. (in Persian)

 

Aminpour, Y., Farhoudi, J. and Roshan, R. 2014a. Investigation of local scouring in downstream of stilling basins in presence of stepped spillway. J. Hydraul. 9(4): 25-38. (in Persian)

 

Aminpour, Y., Farhoudi, J. and Roshan, R. 2014b. Investigation of local scouring in downstream of stepped spillway. Proceedings of the 13th Iranian Hydraulic Conference. Tabriz University. Tabriz, Iran. (21/08/1393). (in Persian)

 

Barani, Gh. A., Rahnema, M. B. and Bagheri, H. 2005. Optimization of stepped spillway dimensions and investigation of flow energy dissipation over a physical model. J. Appl. Sci. 5(5): 878-882.

 

Chanson, H. 1995. Hydraulic Design of Stepped Cascades, Channels, Weirs and Spillways. Pergamon, Oxford, UK.

 

Chanson, H. 2001. The Hydraulics of Stepped Chutes and Spillways, Balkema, Lisse, The Netherlands.

 

Chanson, H. 2002. Hydraulics of Stepped Chutes and Spillways. CRC Press.

 

Dey, S. and Sarkar, A. 2007. Effect of upward This is a scour and flow downstream of an apron due to submerged jets. J. Hydraul. Eng. 133(1): 59-69.

 

Farhoudi, J. and Smith, K. V. H. 1985. Local scour profiles downstream of hydraulic jump. J. Hydraul. Res. 23(4): 343-358.

 

Novak, P. and Cabelka, J. 1981. Models in Hydraulic Engineering. Pitman Advanced Publishing Qian.

 

Rafiei, A., Ajdari, K. and Emamgholizade, S. 2014. The effect of bed materials on maximum scour depth in the downstream of stepped spillway. Proceedings of the National Conference of Architecture, Civil and Modern Urban Development of Tabriz. Tabriz, Iran. (31/02/1393) (in Persian)

 

Shafaei-Bejestan, M. 2006. Determine the maximum depth of downstream scour of stepped spillway in nappe flow conditions. Proceedings of the 7th International Conference of River Engineering. (24/11/1385). (in Persian)

 

Tuna, M. C. M. and Emiroglu, E. 2011a. Scour profiles at downstream of cascades. Sci. Iranica. 18(3):
 338-347.

 

Tuna, M. C. M. and Emiroglu, E. 2011b. The efect of tailwater depth on the local scour downstream of stepped chutes. KSCE J. Civil Eng. 19(5): 907-915.

 

Tuna, M. C. M. and Emiroglu, E. 2013. Effect of step geometry on local scour downstream of stepped chutes. Arab. J. Sci. Eng. 38, 579-588.

 

Zhang, G. and Chanson, H. 2015. Hydraulics of the developing flow region of stepped cascades: an experimental investigation. Hydraul. Model Rep. CH97/15, School of Civil Engineering, Univ. of Queensland, Brisbane, Australia, 76.

 

Zhang, G. and H, Chanson. 2016a. Hydraulics of the Developing Flow Region of Stepped Spillways. I: Physical Modeling and Boundary Layer Development. J. Hydraul. Eng., 04016015.

 

Zhang, G. and H, Chanson. 2016b. Hydraulics of the developing flow region of stepped spillways. II. Pressure and velocity fields. J. Hydraul. Eng. 04016016.