بررسی پروفیل سطح آب و آبشستگی پایین دست سرریز گابیونی v شکل در پلان

سابقه و هدف: سرریز‌ها مهم‌ترین قسمت سازه‌های هیدرولیکی ‌می‌باشند که جهت اندازه‌گیری جریان، کنترل سیلاب در مخازن و کنترل سطح آب در کانال‌های باز مورد استفاده قرار می‌گیرند. استفاده از گزینه‌های جایگزین مانند سرریز‌های گابیونی به دلیل سازگاری با طبیعت و نیازهای اکولوژیکی ترجیح داده می‌شوند. در این سرریز‌ها مواد فیزیکی و شیمیایی مانند رسوبات ریزدانه و مواد معلق آلی امکان عبور از منافذ به پایین‌دست را دارند و رسوبگذاری پشت سازه را کاهش می‌دهد. همچنین آشفتگی جریان درون منافذ امکان افزایش هوادهی جریان و منجر به پالایش آب رودخانه می شود. یکی از عمده‌‌ترین مشکلات سازه‌‌هایی از قبیل سرریزها، دریچه‌‌ها و حوضچه‌‌های آرامش که در بالادست بسترهای فرسایش‌‌پذیر قرار دارند، آبشستگی در مجاورت سازه است که علاوه‌برتاثیر مستقیم بر پایداری سازه، ممکن است باعث تغییر مشخصات جریان و درنتیجه تغییر در پارامترهای طراحی سازه شود. هدف از این پژوهش بررسی پروفیل‌های جریان عبوری از سرریز گابیونی vشکل با زوایای مختلف راس و آبشستگی پایین دست آنها می‌باشد. مواد و روش‌‌ها: آزمایش‌های این پژوهش روی مدل فیزیکی سرریز گابیونی با 4 زاویه راس، 3 دانه‌بندی مصالح درون بدنه سرریز و 2 موقعیت قرار‌گیری راس سرریز در بالادست جریان و پایین دست جریان و 4 دبی انجام شد. همچنین آزمایش‌های آبشستگی در 3 زاویه راس سرریز، 2 دانه بندی مصالح بدنه و 2 حالت قرار‌گیری راس در بالادست و پایین‌دست جریان و 3 دبی با بستر فرسایش پذیر در کانالی به‌طول 12 متر، عرض و ارتفاع 0.6 متر مورد بررسی قرار گرفت.یافته‌‌ها: نتایج نشان داد با کاهش اندازه مصالح بدنه سرریز ، تراز آب بالادست افزایش و حداکثر عمق آبشستگی نیز افزایش می‌یابد. همچنین با کاهش زاویه راس به دلیل افزایش طول سرریز تراز آب بالادست کاهش می‌یابد و عمق آبشستگی در زاویه راس 120درجه بیشتر از زاویه 150 درجه و بیشتر از زاویه 180 درجه می باشد. الگوی آبشستگی با موقعیت قرارگیری راس سرریز تغییر می‌کند. در صورتی‌که راس سرریز در بالادست باشد یک حفره آبشستگی در وسط کانال و چنانچه راس در پایین‌دست باشد 2 حفره آبشستگی در طرفین ایجاد می‌گردد.نتیجه‌گیری: بسته به هدف استفاده از سرریز هر یک از حالت‌های قرارگیری راس‌ سرریز گابیونی می تواند موثر باشد. در صورتی‌که هدف تامین آب و افزایش تراز آب باشد سرریز با دانه‌بندی‌ ریز مفید‌تر و اگر هدف کنترل انرژی جریان باشد دانه‌بندی درشت‌تر مفید است. استفاده از سرریز vشکل در کنترل فرسایش در کناره‌ها می‌تواند مفید باشد. استفاده از سرریزهای v شکل به دلیل داشتن طول بیشتر نرخ تغییرات تراز آب را با دبی کاهش می‌دهد.

Investigation of flow profile and downstream scouring of V shape gabion weir (in plan)

Abstract: Background and Scope: Weirs are the most important portion of hydraulic structures utilized for flow measurement, flood control in reservoirs as well as water level control in open channels. Alternatives such as gabion weirs are recently preferred because of their adaptation to nature and ecological requirements. In latter weirs, physical and chemical materials such as sediments and organic suspensions could pass through the pores to the downstream and reduce sedimentation behind the structure. Turbulence in the pore can also increase flow aeration and lead to the treatment of river water. One of the major obstacles of structures such as weirs, valves, and stilling basins located upstream of erodible beds is scouring by the structure which not only directly affects the structure stability, it might alter the flow characteristics and consequently makes changes in their design. This purpose of study was to investigate the flow profiles of Vshaped gabion weir with different apex angles and their downstream scour. Materials and Methods: The experiments were carried out on a physical model of gabion weir with four vertex angles, three aggregates within the weir body, and two positions of the weir positioning upstream and downstream of the flow and four flow rates. Scour experiments were also conducted at three vertex angles, two grain sizes of weir body material, and two positions of locating vertices upstream and/or downstream of the flow and three discharges with erodible bed in a 12m long, 0.6m wide and 0.6m height channel. Results: The results indicated that thorough all vertex angles, upstream water level and maximum scour depth increased with increasing discharge and finer weir material grain size made both upstream water level and maximum scour depth arisen. Upstream water level also decreased by decreasing the vertex angle due to elongated weir length, the scouring was deeper at 120° vertex with respect to the scour depth at both 150° and 180° vertices. Scouring pattern is changed by weir apex location. Upstream weir apex induces one scouring hole at center of channel while downstream weir apex makes two holes in sides of channel.Conclusions: Depending on the weir purpose, each of the mounting modes of gabion weir could be effective. Weir with finer grains is more useful if the objective is water supply with increasing in water levels. Weir with coarser material is helpful if the purpose is to control the flow energy. A Vshaped weir can be useful to control erosion on the sides. Due to its elongated weir length, Vshaped weir reduces the rate of fluctuation of water level versus discharge.