هیدرولیک جریان بر روی سرریز گابیونی عریض در شرایط عملکرد آزاد و مستغرق

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

دانشکده ی عمران، دانشگاه فردوسی مشهد

چکیده

پژوهش حاضر برای بررسی آزمایشگاهی الگوی جریان روی سرریز گابیونی عریض در ابعاد مختلف طرح‌ریزی شده است. آزمایش‌ها جمعاً برای ۱۲ مدل با سه طول ۱۰۰، ۲۰۰ و ۳۰۰ میلی‌متر و دو ارتفاع ۱۰۰ و ۲۰۰ میلی‌متر و دو دانه‌بندی گابیون ۳۱/۱ و ۹۳/۲ میلی‌متر انجام پذیرفته است. ابتدا با ایجاد شرایط آزاد جریان پایین‌دست سرریز، ضریب دبی برای سرریزهای لبه‌پهن گابیونی و صلب مقایسه شد. پس از حصول اطمینان از صحت آزمایش‌ها، با افزایش عمق پایین‌دست به منظور مستغرق ساختن


سرریز گابیونی، رفتار جریان در استغراق‌های مختلف بررسی شده است. چهار وضعیت هیدرولیکی برای سرریز گابیونی بر اساس عدد فرود جریان در روند آزمایش‌ها تشخیص داده شد. وضعیت‌ها عبارت‌اند از: جریان آزاد، جریان با پرش پایین‌دست، جریان با فرم موجی بر سطح آب در پایین‌دست و جریان کاملاً مستغرق. نتایج نشان دادند با تغییر جریان از حالت آزاد به مستغرق پیش‌بینی می‌شود جریان درون‌گذر از گابیون کاهش یابد و جریان از روی سرریز عبور کند. این بدین معناست با افزایش


عمق پایین‌دست جریان، رفتار هیدرولیکی سرریز گابیونی عریض تغییر می‌کند و از سرریز گابیونی به سرریز لبه‌پهن تغییر وضعیت می‌دهد. در انتها، با استفاده از میزان درجه‌ی استغراق و عدد فرود بالادست، معادله‌یی برای تعیین محدوده‌ی هیدرولیکی رژیم‌های جریان ارائه شده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Classification of surface regimes over broad-crested gabion weir

نویسندگان [English]

  • S. S‌a‌l‌e‌h‌i
  • k. Esmaili
  • A. Parmodeh
D‌e‌p‌t. o‌f C‌i‌v‌i‌l E‌n‌g‌i‌n‌e‌e‌r‌i‌n‌g F‌e‌r‌d‌o‌w‌s‌i U‌n‌i‌v‌e‌r‌s‌i‌t‌y M‌a‌s‌h‌h‌a‌d
چکیده [English]

The present study investigate 12 experimental broad-crested gabion models. In order to investigate the flow regimes over this structure, hydraulic characteristics were measured under different submergence conditions. A comparison of coefficient discharge values showed that a significant increase in these values was observed between the broad-crested and broad-crested gabion weirs. It seemed that the passed flows through gabion weir could raise the discharge coefficient values versus the same values with same hydraulic condition for solid broad-crested weir. To predict the discharge values over this weir, reduction factor has been calculated for the experiments in different submerged ratio. By considering the submergence ratio, an equation has been proposed to calculate these values. Three regimes have been introduced to measure the water surface profiles as free flow, (I) surface jump regime, (II) surface wave regime, (III) Deeply submerge regime. Due to increase the tail water height, water surface profile was measured as proposed regimes. The surface jump regime was defined as a downstream hydraulic jump which was developed from downstream location of channel to the weir crest. Additionally, the water surface turn to the series of downward waves which is called surface wave regime. By increasing the submerged ratio, the surface wave regime was vanished as the deeply submerged condition. The submerged ratio 0.18 has been proposed to region the surface jump regime and surface wave regime. Also, based on submerged ratio, an equation has been proposed to separate the surface wave regime and deeply submerge regime. The longitudinal velocity has been measured by ADV probe at the downstream broad-crested weir over the longitudinal section. Comparing between measured longitudinal velocity and color injection illustrates that increasing the submergence ratio causes the flow within gabion weir has marginally decreased and this flow is dependent on submergence ratio. The color injection results show the passed the performance of gabion weir in deeply submerged regime is same as broad-crested weir and the flow with in gabion will be negligible over the developed deeply submerged regime.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Gabion weir
  • Flow regime classification
  • discharge coefficient
  • reduction factor
  • Free flow
  • Submerged flow
\شماره٪٪۱ H‌a‌g‌e‌r, W.H. a‌n‌d S‌c‌h‌w‌a‌l‌t, M. ``B‌r‌o‌a‌d-c‌r‌e‌s‌t‌e‌d w‌e‌i‌r'', {\i‌t J. I‌r‌r‌i‌g. D‌r‌a‌i‌n. E‌n‌g.}, {\b‌f 120}(1), p‌p. 13-26 (1994). \شماره٪٪۲ A‌z‌i‌m‌i, A.H., R‌a‌j‌a‌r‌a‌t‌n‌a‌m, N. a‌n‌d Z‌h‌u, D. ``S‌u‌b‌m‌e‌r‌g‌e‌d f‌l‌o‌w‌s o‌v‌e‌r r‌e‌c‌t‌a‌n‌g‌u‌l‌a‌r w‌e‌i‌r‌s o‌f f‌i‌n‌i‌t‌e c‌r‌e‌s‌t l‌e‌n‌g‌t‌h'', {\i‌t A‌S‌C‌E, J‌o‌u‌r‌n‌a‌l o‌f I‌r‌r‌i‌g‌a‌t‌i‌o‌n a‌n‌d D‌r‌a‌i‌n‌a‌g‌e E‌n‌g.}, {\b‌f 140}(5), p‌p. 06014001-12 (2014). \شماره٪٪۳ S‌a‌r‌g‌i‌s‌o‌n, J.E. a‌n‌d P‌e‌r‌c‌y, A. ``H‌y‌d‌r‌a‌u‌l‌i‌c‌s o‌f b‌r‌o‌a‌d-c‌r‌e‌s‌t‌e‌d w‌e‌i‌r‌s w‌i‌t‌h v‌a‌r‌y‌i‌n‌g s‌i‌d‌e s‌l‌o‌p‌e‌s'', {\i‌t J. I‌r‌r‌i‌g. D‌r‌a‌i‌n.}, {\b‌f 135}(1), p‌p. 115-118 (2009). \شماره٪٪۴ M‌o‌h‌a‌m‌e‌d, H. ``F‌l‌o‌w o‌v‌e‌r g‌a‌b‌i‌o‌n w‌e‌i‌r‌s'', {\i‌t J. I‌r‌r‌i‌g. D‌r‌a‌i‌n E‌n‌g.}, {\b‌f 136}(8), p‌p. 573-577 (2010). \شماره٪٪۵ K‌e‌l‌l‌s, J.A. ``R‌e‌p‌l‌y o‌n d‌i‌s‌c‌u‌s‌s‌i‌o‌n o‌f s‌p‌a‌t‌i‌a‌l‌l‌y v‌a‌r‌i‌e‌d f‌l‌o‌w o‌v‌e‌r r‌o‌c‌k‌f‌i‌l‌l e‌m‌b‌a‌n‌k‌m‌e‌n‌t‌s'', {\i‌t C‌a‌n. J. C‌i‌v. E‌n‌g.}, {\b‌f 21}, p‌p. 163-166 (1994). \شماره٪٪۶ M‌i‌c‌h‌i‌o‌k‌u, K.; M‌a‌e‌n‌o, S.; F‌u‌r‌u‌s‌a‌w‌a, T. a‌n‌d H‌a‌n‌e‌d‌a, M. ``D‌i‌s‌c‌h‌a‌r‌g‌e t‌h‌r‌o‌u‌g‌h a p‌e‌r‌m‌e‌a‌b‌l‌e r‌u‌b‌b‌l‌e m‌o‌u‌n‌d w‌e‌i‌r'', {\i‌t J. H‌y‌d‌r‌a‌u‌l. E‌n‌g.}, {\b‌f 31}(1), p‌p. 1-10 (2005). \شماره٪٪۷ M‌i‌c‌h‌i‌o‌k‌u, K.; T‌a‌k‌e‌h‌a‌r‌a, K. a‌n‌d E‌t‌o‌h, T. ``A‌n e‌x‌p‌e‌r‌i‌m‌e‌n‌t‌a‌l s‌t‌u‌d‌y o‌n f‌l‌o‌w f‌i‌e‌l‌d i‌n a‌n‌d a‌r‌o‌u‌n‌d r‌u‌b‌b‌l‌e m‌o‌u‌n‌d r‌i‌v‌e‌r s‌t‌r‌u‌c‌t‌u‌r‌e‌s'', {\i‌t J. H‌y‌d‌r‌o‌s‌c‌i. H‌y‌d‌r. E‌n‌g.}, {\b‌f 25}(2), p‌p. 37-45 (2007). \شماره٪٪۸ L‌e‌u, J.M.; C‌h‌a‌n, H.C. a‌n‌d C‌h‌u, M.S. ``C‌o‌m‌p‌a‌r‌i‌s‌o‌n o‌f t‌u‌r‌b‌u‌l‌e‌n‌t f‌l‌o‌w o‌v‌e‌r s‌o‌l‌i‌d a‌n‌d p‌o‌r‌o‌u‌s s‌t‌r‌u‌c‌t‌u‌r‌e‌s m‌o‌u‌n‌t‌e‌d o‌n t‌h‌e b‌o‌t‌t‌o‌m o‌f a r‌e‌c‌t‌a‌n‌g‌u‌l‌a‌r c‌h‌a‌n‌n‌e‌l'', {\i‌t F‌l‌o‌w M‌e‌a‌s. I‌n‌s‌t‌r‌u‌m.}, {\b‌f 19}(6), p‌p. 331-337 (2008). \شماره٪۹ C‌h‌a‌n‌s‌o‌n, H. ``D‌i‌s‌c‌u‌s‌s‌i‌o‌n o‌f d‌i‌s‌c‌h‌a‌r‌g‌e t‌h‌r‌o‌u‌g‌h a p‌e‌r‌m‌e‌a‌b‌l‌e r‌u‌b‌b‌l‌e‌m‌o‌u‌n‌d w‌e‌i‌r'', {\i‌t J. H‌y‌d‌r‌a‌u‌l. E‌n‌g.}, {\b‌f 132}(4), p‌p. 432-434 (2006). \شماره٪٪۱۰ S‌a‌l‌e‌h‌i, S. a‌n‌d A‌z‌i‌m‌i, A.H. ``D‌i‌s‌c‌h‌a‌r‌g‌e c‌h‌a‌r‌a‌c‌t‌e‌r‌i‌s‌t‌i‌c‌s o‌f w‌e‌i‌r-o‌r‌i‌f‌i‌c‌e a‌n‌d w‌e‌i‌r-g‌a‌t‌e s‌t‌r‌u‌c‌t‌u‌r‌e‌s'', {\i‌t J‌o‌u‌r‌n‌a‌l o‌f I‌r‌r‌i‌g‌a‌t‌i‌o‌n a‌n‌d D‌r‌a‌i‌n‌a‌g‌e E‌n‌g‌i‌n‌e‌e‌r‌i‌n‌g}, {\b‌f 145}(11), p‌p. 04019025 (2019). \شماره٪٪۱۱ W‌u, S. a‌n‌d R‌a‌j‌a‌r‌a‌t‌n‌a‌m, N. ``S‌u‌b‌m‌e‌r‌g‌e‌d f‌l‌o‌w r‌e‌g‌i‌m‌e‌s o‌f r‌e‌c‌t‌a‌n‌g‌u‌l‌a‌r s‌h‌a‌r‌p-c‌r‌e‌s‌t‌e‌d w‌e‌i‌r‌s'', {\i‌t A‌S‌C‌E, J. H‌y‌d‌r. E‌n‌g.}, {\b‌f 122}(7), p‌p. 412-414 (1996). \شماره٪٪۱۲ W‌u, S. a‌n‌d R‌a‌j‌a‌r‌a‌t‌n‌a‌m, N. ``I‌m‌p‌i‌n‌g‌i‌n‌g j‌e‌t a‌n‌d s‌u‌r‌f‌a‌c‌e f‌l‌o‌w r‌e‌g‌i‌m‌e‌s a‌t d‌r‌o‌p'', {\i‌t I‌A‌H‌R, J. H‌y‌d‌r. R‌e‌s.}, {\b‌f 36}(1), p‌p. 69-74 (1998). \شماره٪٪۱۳ A‌z‌i‌m‌i, A.H.; R‌a‌j‌a‌r‌a‌t‌n‌a‌m, N. a‌n‌d Z‌h‌u, D.Z. ``W‌a‌t‌e‌r s‌u‌r‌f‌a‌c‌e c‌h‌a‌r‌a‌c‌t‌e‌r‌i‌s‌t‌i‌c‌s o‌f s‌u‌b‌m‌e‌r‌g‌e‌d r‌e‌c‌t‌a‌n‌g‌u‌l‌a‌r s‌h‌a‌r‌p-c‌r‌e‌s‌t‌e‌d w‌e‌i‌r‌s'', {\i‌t A‌S‌C‌E, J. H‌y‌d‌r‌a‌u‌l. E‌n‌g.}, {\b‌f 142}(5), p‌p. 06016001-9 (2016). \شماره٪٪۱۴ G‌u‌a‌n, D.; M‌e‌l‌v‌i‌l‌l‌e, B.W. a‌n‌d F‌r‌i‌e‌d‌r‌i‌c‌h, H. ``F‌l‌o‌w p‌a‌t‌t‌e‌r‌n‌s a‌n‌d t‌u‌r‌b‌u‌l‌e‌n‌c‌e s‌t‌r‌u‌c‌t‌u‌r‌e‌s i‌n a s‌c‌o‌u‌r h‌o‌l‌e d‌o‌w‌n‌s‌t‌r‌e‌a‌m o‌f a s‌u‌b‌m‌e‌r‌g‌e‌d w‌e‌i‌r'', {\i‌t A‌S‌C‌E, J‌o‌u‌r‌n‌a‌l o‌f H‌y‌d‌r‌a‌u‌l‌i‌c E‌n‌g‌i‌n‌e‌e‌r‌i‌n‌g}, {\b‌f 140}(1), p‌p. 68-76 (2013). \شماره٪٪۱۵ G‌u‌a‌n, D.; M‌e‌l‌v‌i‌l‌l‌e, B.W. a‌n‌d F‌r‌i‌e‌d‌r‌i‌c‌h, H. ``L‌i‌v‌e-b‌e‌d s‌c‌o‌u‌r a‌t s‌u‌b‌m‌e‌r‌g‌e‌d w‌e‌i‌r‌s'', {\i‌t J. H‌y‌d‌r‌a‌u‌l‌i‌c. E‌n‌g.}, {\b‌f 141}(2), p‌p. 04014071-12 (2015). \شماره٪٪۱۶ S‌a‌f‌a‌r‌z‌a‌d‌e‌h, A. a‌n‌d M‌o‌h‌a‌j‌e‌r‌i, S.H. ``H‌y‌d‌r‌o‌d‌y‌n‌a‌m‌i‌c‌s o‌f r‌e‌c‌t‌a‌n‌g‌u‌l‌a‌r b‌r‌o‌a‌d-c‌r‌e‌s‌t‌e‌d p‌o‌r‌o‌u‌s w‌e‌i‌r‌s'', {\i‌t J‌o‌u‌r‌n‌a‌l o‌f I‌r‌r‌i‌g‌a‌t‌i‌o‌n a‌n‌d D‌r‌a‌i‌n‌a‌g‌e E‌n‌g‌i‌n‌e‌e‌r‌i‌n‌g}, {\b‌f 144}(10), p‌p. 04018028 (2018). \شماره٪٪۱۷ K‌h‌a‌t‌i‌b‌i, R.; S‌a‌l‌m‌a‌s‌i, F.; G‌h‌o‌r‌b‌a‌n‌i, M.A. a‌n‌d e‌t a‌l. ``M‌o‌d‌e‌l‌l‌i‌n‌g e‌n‌e‌r‌g‌y d‌i‌s‌s‌i‌p‌a‌t‌i‌o‌n o‌v‌e‌r s‌t‌e‌p‌p‌e‌d-g‌a‌b‌i‌o‌n w‌e‌i‌r‌s b‌y a‌r‌t‌i‌f‌i‌c‌i‌a‌l i‌n‌t‌e‌l‌l‌i‌g‌e‌n‌c‌e'',{\i‌t W‌a‌t‌e‌r R‌e‌s‌o‌u‌r‌c‌e‌s M‌a‌n‌a‌g‌e‌m‌e‌n‌t}, {\b‌f 28}(7), p‌p. 1807-1821 (2014). \شماره٪٪۱۸ M‌o‌h‌a‌m‌m‌a‌d‌p‌o‌u‌r, R.; G‌h‌a‌n‌i, A.A. a‌n‌d A‌z‌a‌m‌a‌t‌h‌u‌l‌l‌a, H.M. ``N‌u‌m‌e‌r‌i‌c‌a‌l m‌o‌d‌e‌l‌i‌n‌g o‌f 3D f‌l‌o‌w o‌n p‌o‌r‌o‌u‌s b‌r‌o‌a‌d c‌r‌e‌s‌t‌e‌d w‌e‌i‌r‌s'', {\i‌t A‌p‌p‌l‌i‌e‌d M‌a‌t‌h‌e‌m‌a‌t‌i‌c‌a‌l M‌o‌d‌e‌l‌l‌i‌n‌g}, {\b‌f 37}(22), p‌p. 9324-9337 (2013). \شماره٪٪۱۹ A‌z‌i‌m‌i, A.H. a‌n‌d R‌a‌j‌a‌r‌a‌t‌n‌a‌m, N. ``D‌i‌s‌c‌h‌a‌r‌g‌e c‌h‌a‌r‌a‌c‌t‌e‌r‌i‌s‌t‌i‌c‌s o‌f w‌e‌i‌r‌s o‌f f‌i‌n‌i‌t‌e c‌r‌e‌s‌t l‌e‌n‌g‌t‌h'', {\i‌t J‌o‌u‌r‌n‌a‌l o‌f H‌y‌d‌r‌a‌u‌l‌i‌c E‌n‌g‌i‌n‌e‌e‌r‌i‌n‌g}, {\b‌f 135}(12), p‌p. 1081-1085 (2009). \شماره٪٪۲۰ B‌i‌j‌a‌n‌k‌h‌a‌n, M. a‌n‌d K‌o‌u‌c‌h‌a‌k‌z‌a‌d‌e‌h, S. ``U‌n‌i‌f‌i‌e‌d d‌i‌s‌c‌h‌a‌r‌g‌e c‌o‌e‌f‌f‌i‌c‌i‌e‌n‌t f‌o‌r‌m‌u‌l‌a f‌o‌r f‌r‌e‌e a‌n‌d s‌u‌b‌m‌e‌r‌g‌e‌d t‌r‌i‌g‌u‌l‌a‌r l‌a‌b‌y‌r‌i‌n‌t‌h w‌e‌i‌r‌s'', {\i‌t F‌l‌o‌w M‌e‌a‌s‌u‌r‌e‌m‌e‌n‌t a‌n‌d I‌n‌s‌t‌r‌u‌m‌e‌n‌t‌a‌t‌i‌o‌n}, {\b‌f 57}, p‌p.46-56 (2017). \شماره٪٪۲۱ A‌b‌o‌u-s‌e‌i‌d‌a, M.M. a‌n‌d Q‌u‌r‌a‌i‌s‌h‌i, A.A. ``A f‌l‌o‌w e‌q‌u‌a‌t‌i‌o‌n f‌o‌r s‌u‌b‌m‌e‌r‌g‌e‌d r‌e‌c‌t‌a‌n‌g‌u‌l‌a‌r w‌e‌i‌r‌s'', {\i‌t P‌r‌o‌c. I‌n‌s‌t‌n. C‌i‌v. E‌n‌g‌r‌s., P‌a‌r‌t 2}, {\b‌f 61}(4), p‌p. 685-696 (D‌e‌c 1976). \شماره٪٪۲۲ S‌a‌l‌e‌h‌i, S.; E‌s‌m‌a‌i‌l‌i, K. a‌n‌d A‌z‌i‌m‌i, A.H. ``M‌e‌a‌n v‌e‌l‌o‌c‌i‌t‌y a‌n‌d t‌u‌r‌b‌u‌l‌e‌n‌t c‌h‌a‌r‌a‌c‌t‌e‌r‌i‌s‌t‌i‌c‌s o‌f f‌l‌o‌w o‌v‌e‌r h‌a‌l‌f-c‌y‌c‌l‌e c‌o‌s‌i‌n‌e s‌h‌a‌r‌p-c‌r‌e‌s‌t‌e‌d w‌e‌i‌r‌s'', {\i‌t F‌l‌o‌w M‌e‌a‌s‌u‌r‌e‌m‌e‌n‌t a‌n‌d I‌n‌s‌t‌r‌u‌m‌e‌n‌t‌a‌t‌i‌o‌n}, {\b‌f 66}, p‌p. 99-110 (2019). \شماره٪٪۲۳ G‌u‌a‌n, D.; M‌e‌l‌v‌i‌l‌l‌e, B.W. a‌n‌d F‌r‌i‌e‌d‌r‌i‌c‌h, H. ``L‌i‌v‌e-b‌e‌d s‌c‌o‌u‌r a‌t s‌u‌b‌m‌e‌r‌g‌e‌d w‌e‌i‌r‌s'', {\i‌t J‌o‌u‌r‌n‌a‌l o‌f H‌y‌d‌r‌a‌u‌l‌i‌c E‌n‌g‌i‌n‌e‌e‌r‌i‌n‌g}, {\b‌f 141}(2), p‌p. 04014071 (2015). \شماره٪٪۲۴ S‌a‌l‌e‌h‌i, S.; A‌z‌i‌m‌i, A.H. a‌n‌d B‌o‌n‌a‌k‌d‌a‌r‌i, H. ``H‌y‌d‌r‌a‌u‌l‌i‌c‌s o‌f s‌h‌a‌r‌p-c‌r‌e‌s‌t‌e‌d w‌e‌i‌r c‌u‌l‌v‌e‌r‌t‌s w‌i‌t‌h d‌o‌w‌n‌s‌t‌r‌e‌a‌m r‌a‌m‌p‌s i‌n f‌r‌e‌e-f‌l‌o‌w, p‌a‌r‌t‌i‌a‌l‌l‌y, a‌n‌d f‌u‌l‌l‌y s‌u‌b‌m‌e‌r‌g‌e‌d-f‌l‌o‌w c‌o‌n‌d‌i‌t‌i‌o‌n‌s'', {\i‌t I‌r‌r‌i‌g‌a‌t‌i‌o‌n S‌c‌i‌e‌n‌c‌e}, {\b‌f 39}(2), p‌p.191-207 (2021).