دوره 12، شماره 24 - ( پاییز و زمستان 1400 1400 )
جلد 12 شماره 24 صفحات 297-287 |
برگشت به فهرست نسخه ها
Download citation:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:
Zamani M, Rabiefar H, Rostami M. (2021). Numerical and Experimental Investigation of the Effect of Spur Dikes Placement Position on the Hydraulic and Erosion Conditions of Lateral Intakes. J Watershed Manage Res. 12(24), 287-297. doi:10.52547/jwmr.12.24.287
URL: http://jwmr.sanru.ac.ir/article-1-1114-fa.html
URL: http://jwmr.sanru.ac.ir/article-1-1114-fa.html
زمانی مصطفی، ربیعی فر حمیدرضا، رستمی محمد. بررسی آزمایشگاهی و عددی تأثیر مکان آبشکن بر شرایط هیدرولیکی و رسوبی آبگیر جانبی پژوهشنامه مديريت حوزه آبخيز 1400; 12 (24) :297-287 10.52547/jwmr.12.24.287
1- دانشکده مهندسی عمران دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران جنوب، تهران، ایران
2- وزارت جهاد کشاورزی، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری، تهران، ایران
2- وزارت جهاد کشاورزی، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری، تهران، ایران
چکیده: (3855 مشاهده)
چکیده مبسوط
مقدمه و هدف: آبگیرها سازه‌هایی هستند که برای انحراف آب از مسیر رودخانه یا کانال مورد استفاده قرار می‌گیرند. بهینه سازی عملکرد آبگیرها و افزایش جریان ورودی به آبگیر، در عین کنترل بستر رسوبی کانال از لحاظ فرسایش و رسوب گذاری یکی از موضوع های مورد بحث مهندسی آب بوده است. به کارگیری آبشکن ها بر اصلاح الگوی جریان، کنترل فرسایش و انتقال رسوب به آبگیر تاثیرگذار است. هدف از این تحقیق استفاده از آبشکن‌ها، به منظور افزایش دبی ورودی به آبگیر جانبی، به نحوی که کم‌ترین آشفتگی، فرسایش و رسوبگذاری را ایجاد کند می باشد.
مواد و روش‌ها: به منظور اجرای آزمایش‌ها از کانالی مستطیلی به طول 15 متر و عرض 5/1 متر با شیب ثابت به عنوان کانال اصلی استفاده شد. آبگیری جانبی به صورت کانالی مستطیلی به عرض 0/6 و طول 5 متر با زاویه‌ی 90 درجه نسبت به کانال اصلی، در فاصله‌ی 10 متری از ابتدای کانال اصلی قرار داده شده است. مدل بدون آبشکن به عنوان مدل شاهد در نظر گرفته شد و در دیگر مدل‌ها، آبشکن در قسمت بالادست سمت آبگیر، بالادست روبروی آبگیر، پایین دست روبروی آبگیر و هم‌چنین به صورت سری آبشکن در بالادست و روبروی آبگیر قرار گرفته است. مدل های آزمایشگاهی مذکور، در نرم‌افزار FLOW-3D مدل‌سازی و بر اساس نتایج و داده های آزمایشگاهی کالیبراسیون یا واسنجی شد.
یافته‌ها: بررسی نتایج آزمیشگاهی نشان داد، حالتی که آبشکن در پایین‌دست و روبروی آبگیر قرار دارد بهترین نتایج آبشستگی و نسبت انشعاب را در پی داشته و افزایش 66 و 41 درصدی را به ترتیب در دبیهای 40 و 60 لیتر بر ثانیه برای دبی انشعابی نسبت به مدل شاهد را نشان داده است. با توجه به نتایج مدلهای آزمایشگاهی، مدل با نحوه قرارگیری آبشکن در قسمت پایین دست و مقابل آبگیر جانبی (نحوه قرارگیری شماره 4) بهعنوان بهترین مدل انتخاب و بهصورت عددی مدل‌سازی شد. اعتبارسنجی نتایج مدلهای عددی و آزمایشگاهی در مقادیر هیدرولیکی نقاط جریان آب (0/95=2R) و رقوم نقطات بستر (0/74=2R) را نشان داد که حاکی از دقت قابل قبول مدل عددی و تحلیل صورت گرفته توسط نرم افزار Flow3Dمی باشد. در ادامه ابتدا با تغییر فاصله و سپس با تغییر طول آبشکن در نحوه قرارگیری شماره 4، بررسی مدل عددی صورت پذیرفت و بهترین فاصله قرار گیری آبشکن، فاصله ای به میزان 58 درصد عرض آبگیر و بهترین طول آبشکن، طولی به میزان 30 درصد عرض کانال اصلی محاسبه شد.
نتیجه‌گیری: این پژوهش نشان داد استفاده از آبشکن در پایین‌دست و روبروی آبگیر در ابعاد مناسب نه تنها می‌تواند باعث افزایش نسبت دبی انشعابی ورودی به آبگیر شود، بلکه آبشستگی بستر کانال را نیز کمتر خواهد کرد که در نتیجه استفاده از این آبشکن‌ها در آبگیری قائم از کانال‌ها و رودخانه‌ها توصیه می‌گردد.
مقدمه و هدف: آبگیرها سازه‌هایی هستند که برای انحراف آب از مسیر رودخانه یا کانال مورد استفاده قرار می‌گیرند. بهینه سازی عملکرد آبگیرها و افزایش جریان ورودی به آبگیر، در عین کنترل بستر رسوبی کانال از لحاظ فرسایش و رسوب گذاری یکی از موضوع های مورد بحث مهندسی آب بوده است. به کارگیری آبشکن ها بر اصلاح الگوی جریان، کنترل فرسایش و انتقال رسوب به آبگیر تاثیرگذار است. هدف از این تحقیق استفاده از آبشکن‌ها، به منظور افزایش دبی ورودی به آبگیر جانبی، به نحوی که کم‌ترین آشفتگی، فرسایش و رسوبگذاری را ایجاد کند می باشد.
مواد و روش‌ها: به منظور اجرای آزمایش‌ها از کانالی مستطیلی به طول 15 متر و عرض 5/1 متر با شیب ثابت به عنوان کانال اصلی استفاده شد. آبگیری جانبی به صورت کانالی مستطیلی به عرض 0/6 و طول 5 متر با زاویه‌ی 90 درجه نسبت به کانال اصلی، در فاصله‌ی 10 متری از ابتدای کانال اصلی قرار داده شده است. مدل بدون آبشکن به عنوان مدل شاهد در نظر گرفته شد و در دیگر مدل‌ها، آبشکن در قسمت بالادست سمت آبگیر، بالادست روبروی آبگیر، پایین دست روبروی آبگیر و هم‌چنین به صورت سری آبشکن در بالادست و روبروی آبگیر قرار گرفته است. مدل های آزمایشگاهی مذکور، در نرم‌افزار FLOW-3D مدل‌سازی و بر اساس نتایج و داده های آزمایشگاهی کالیبراسیون یا واسنجی شد.
یافته‌ها: بررسی نتایج آزمیشگاهی نشان داد، حالتی که آبشکن در پایین‌دست و روبروی آبگیر قرار دارد بهترین نتایج آبشستگی و نسبت انشعاب را در پی داشته و افزایش 66 و 41 درصدی را به ترتیب در دبیهای 40 و 60 لیتر بر ثانیه برای دبی انشعابی نسبت به مدل شاهد را نشان داده است. با توجه به نتایج مدلهای آزمایشگاهی، مدل با نحوه قرارگیری آبشکن در قسمت پایین دست و مقابل آبگیر جانبی (نحوه قرارگیری شماره 4) بهعنوان بهترین مدل انتخاب و بهصورت عددی مدل‌سازی شد. اعتبارسنجی نتایج مدلهای عددی و آزمایشگاهی در مقادیر هیدرولیکی نقاط جریان آب (0/95=2R) و رقوم نقطات بستر (0/74=2R) را نشان داد که حاکی از دقت قابل قبول مدل عددی و تحلیل صورت گرفته توسط نرم افزار Flow3Dمی باشد. در ادامه ابتدا با تغییر فاصله و سپس با تغییر طول آبشکن در نحوه قرارگیری شماره 4، بررسی مدل عددی صورت پذیرفت و بهترین فاصله قرار گیری آبشکن، فاصله ای به میزان 58 درصد عرض آبگیر و بهترین طول آبشکن، طولی به میزان 30 درصد عرض کانال اصلی محاسبه شد.
نتیجه‌گیری: این پژوهش نشان داد استفاده از آبشکن در پایین‌دست و روبروی آبگیر در ابعاد مناسب نه تنها می‌تواند باعث افزایش نسبت دبی انشعابی ورودی به آبگیر شود، بلکه آبشستگی بستر کانال را نیز کمتر خواهد کرد که در نتیجه استفاده از این آبشکن‌ها در آبگیری قائم از کانال‌ها و رودخانه‌ها توصیه می‌گردد.
فهرست منابع
1. An, S., H. Ku and P.Y. Julien. 2015. Numerical modelling of local scour caused by submerged jets. Maejo International journal of Science and Technology, 9(3): 328 pp.
2. Barkdoll, B.D., R. Ettema and A.J. Odgaard. 1999. Sediment control at lateral diversions: limits and enhancements to vane use. Journal of hydraulic engineering, 125(8): 862-870 pp. [DOI:10.1061/(ASCE)0733-9429(1999)125:8(862)]
3. Choufu, L., S. Abbasi, H. Pourshahbaz, P. Taghvaei and S. Tfwala. 2019. Investigation of Flow, Erosion, and Sedimentation Pattern around Varied Groynes under Different Hydraulic and Geometric Conditions: A Numerical Study. Water, 11(2): 235 pp. [DOI:10.3390/w11020235]
4. Duan, J.G., L. He, X. Fu and Q. Wang. 2009. Mean flow and turbulence around experimental spur dike. Advances in Water Resources, 32(12): 1717-1725. [DOI:10.1016/j.advwatres.2009.09.004]
5. Farzin, S., H. Karami, R. Hajiabadi, S. Nayyer, S.M. Hamzeh Ziabari. 2019. Evaluating the Effect of Various Parameters of Protective Spur Dike on Scour Depth Reduction using Group Method of Data Handling (GMDH) and Gene Expression Programming (GEP). Journal of Watershed Management Research, 10(19): 194-203 (In Persian). [DOI:10.29252/jwmr.10.19.194]
6. Gohari, S., S.A. Ayyoubzadeh, M. Ghodsian and N.S. SALEHI. 2011. Flow Pattern at Lateral Intake Using a Spur Dike and Submerged Vanes. Journal of Agricultural Engineering Research (Iran), 11(4): 1-18.
7. Hasegawa, Y., H. Nakagawa, H. Takebayashi and K. Kawaike. 2020. Three-Dimensional Flow Characteristics in Slit-Type Permeable Spur Dike Fields: Efficacy in Riverbank Protection. Water, 12(4): 964 p. [DOI:10.3390/w12040964]
8. Ingle, R.N. and A.M. Mahankal. 1990. Discussion of "Division of flow in short open channel branches" by amruthur S. ramamurthy and mysore G. satish (april, 1988, vol. 114, no. 4). Journal of Hydraulic Engineering, 116(2): 289-291. [DOI:10.1061/(ASCE)0733-9429(1990)116:2(289.2)]
9. Jeon, J., J.Y. Lee and S. Kang. 2018. Experimental investigation of three‐dimensional flow structure and turbulent flow mechanisms around a nonsubmerged spur dike with a low length‐to‐depth ratio. Water Resources Research, 54(5): 3530-3556 p. [DOI:10.1029/2017WR021582]
10. Karami, H., H. Basser, A. Ardeshir and S.H. Hosseini. 2014. Verification of numerical study of scour around spur dikes using experimental data. Water and environment journal, 28(1): 124-134. [DOI:10.1111/wej.12019]
11. Kuhnle, R.A., C.V. Alonso and F.D. Shields. 1999. Geometry of scour holes associated with 90 spur dikes. Journal of Hydraulic Engineering, 125(9): 972-978. [DOI:10.1061/(ASCE)0733-9429(1999)125:9(972)]
12. Maclean, A.G. 1991. Bed shear stress and scour over bed-type river intake. Journal of Hydraulic Engineering, 117(4): 436-451. [DOI:10.1061/(ASCE)0733-9429(1991)117:4(436)]
13. Moradinejad, A., A.H. Haghiabi, M. Saneie and H. Yonesi. 2017. Investigating the effect of a skimming wall on controlling the sediment entrance at lateral intakes. Water Science and Technology: Water Supply, 17(4): 1121-1132. [DOI:10.2166/ws.2017.007]
14. Moradinejad, A., M. Saneie, A. Ghaderi and S.M.Z. Shahri. 2019. Experimental study of flow pattern and sediment behavior near the intake structures using the spur dike and skimming wall. Applied Water Science, 9(8): 195 p. [DOI:10.1007/s13201-019-1069-7]
15. Neary, V. and A. Odgaard. 1993. Three‐Dimensional Flow Structure at Open‐Channel Diversions. Journal of Hydraulic Engineering, 119(11): 1223-30. [DOI:10.1061/(ASCE)0733-9429(1993)119:11(1223)]
16. Neary, V. and A. Odgaard. 1993. Three‐Dimensional Flow Structure at Open‐Channel Diversions. Journal of Hydraulic Engineering, 119(11): 1223-30. [DOI:10.1061/(ASCE)0733-9429(1993)119:11(1223)]
17. Nayyer, S., S. Farzin, H. Karami and M. Rostami. 2019. A numerical and experimental investigation of the effects of combination of spur dikes in series on a flow field. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, 41(6): 256 p. [DOI:10.1007/s40430-019-1757-0]
18. Nazari, S. and M. Shafai Bejestan. 2010. The effects of intake angle on the discharge and sediment ratio to an intake in a 90 degree convergence bend. Watershed Management Researches Journal.
19. Neary, V.S. and A.J. Odgaard. 1993. Three-dimensional flow structure at open-channel diversions. Journal of Hydraulic Engineering, 119(11): 1223-1230 pp. [DOI:10.1061/(ASCE)0733-9429(1993)119:11(1223)]
20. Neary, V.S., F. Sotiropoulos and A. J. Odgaard. 1999. Three-dimensional numerical model of lateral-intake inflows. Journal of Hydraulic Engineering, 125(2): 126-140. [DOI:10.1061/(ASCE)0733-9429(1999)125:2(126)]
21. Novak, P., A.I.B. Moffat, C. Nalluri and R. Narayanan. 2014. Hydraulic structures. CRC Press.
22. Pourshahbaz, H., S. Abbasi, M. Pandey, J.H. Pu, P. Taghvaei and N. Tofangdar. 2020. Morphology and hydrodynamics numerical simulation around groynes. ISH Journal of Hydraulic Engineering, pp. 1-9. [DOI:10.1080/09715010.2020.1830000]
23. Ramamurthy, A.S. and M.G. Satish. 1988. Division of flow in short open channel branches. Journal of hydraulic engineering, 114(4): 428-438. [DOI:10.1061/(ASCE)0733-9429(1988)114:4(428)]
24. Rao, N.L., K. Sridharan and M.Y.A. Baig. 1968. Experimental study of the division of flow in an open channel. In Proc. Conf. Hydr and Fluid Mech., Institution of Engineers, Australia, 139-142 pp.
25. Răzvan, E. 1989. River intakes and diversion dams (Vol. 25). Elsevier.
26. Sajedi, M. and M. Habibi. 2005. Effect of submerged vane on sediment entry prevention in intake. Third National Conference on Erosion and Sediment. Tehran (In Persian).
27. Tabrizi, H., A.H. Haghiabi, M. Saneie and H. Younesi. 2017. Evaluation of spur dike effect on sediment and flow hydraulic of side intakes located on channel bends. Watershed engineering and management, 9(3): 346-359 pp.
28. Yang, J., J. Zhang, Q. Zhang, X. Teng, W. Chen and X. Li. 2019. Experimental research on the maximum backwater height in front of a permeable spur dike in the bend of a spillway chute. Water Supply, 19(6): 1841-1850. [DOI:10.2166/ws.2019.061]
29. Zahiri, A., J. Gholinejad, A.A. Dehghani. 2019. Prediction of Sediment Transport Capacity in Rivers using Quasi Two-Dimensional Mathematical Model. Journal of Watershed Management Research. 10(19): 142-153 (In Persian). [DOI:10.29252/jwmr.10.19.142]
ارسال پیام به نویسنده مسئول
| بازنشر اطلاعات | |
 |
این مقاله تحت شرایط Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License قابل بازنشر است. |
