بررسی مشخصات پرش هیدرولیکی حوضچه آرامش با بستر ریپل در قرارگیری‌های مختلف

سابقه و هدف: در پایین دست سازه‌های کنترل شیب در مهندسی آبخیزداری نیاز به ایجاد پرش هیدرولیکی برای استهلاک انرژی اضافی برای جلوگیری از تخریب سازه ضروری است. حوضچه‌های آرامش از نوع پرش هیدرولیکی با بستر زبر جهت افزایش میزان افت انرژی و کاهش طول پرش هیدرولیکی می تواند به صرفه اقتصادی در امور آبخیزداری منجر گردد. در تحقیق حاضر یک نوع جدیدی از زبری، که مشابه ظاهر فرم بستر ریپل در رودخانه های آبرفتی می باشد، جهت کاهش طول پرش هیدرولیکی و افزایش افت انرژی مورد استفاده قرار گرفت.مواد و روشها: آزمایش‌های این تحقیق در فلوم مستطیلی به عرض، ارتفاع و طول به ترتیب 0.3 ، 0.4 و 12 متر انجام شد. پنج آرایش مختلف از فرم بستر به همراه فرم بستر شاهد در پنج عدد فرود مختلف از 3.5 تا 5.5 انجام شد. یک سرریز از نوع ogee به ارتفاع 32 سانتی متر در فاصله 3 متری پایین دست ورودی فلوم جهت ایجاد پرش هیدرولیکی نصب شد و حداقل عمق جریان بر روی تاج سرریز بیش از 3 سانتی متر تنظیم شد تا از اثر کشش سطحی جلوگیری شود. در طول آزمایش، پروفیل های سطح آب در محل پرش هیدرولیکی توسط یک عمق سنج با دقت 1± میلی متر اندازه‌گیری شد. طی آزمایش، عکس‌های دیجیتالی نیز گرفته شد و داده‌های مورد نیاز با دیجیتایز کردن این عکس‌ها استخراج شد. میانگین عمق جریان اندازه‌گیری شده و استخراج شده از عکس ها در تجزیه و تحلیل برای کاهش خطا استفاده شد. طول غلطابی، طول پرش و نیمرخ سطح آب در هر آزمایش اندازه‌گیری شد و سه بار تکرار شد. این طول ها نیز از عکس ها استخراج شده و از مقادیر میانگین در آنالیز استفاده شده است.نتایج و بحث: نتایج بررسی تغییر نسبت اعماق مزدوج نشان داد که با تغییر چیدمان فرم بستر از تیپ 1 الی تیپ 4 تحقیق حاضر، نسبت اعماق مزدوج پرش هیدرولیکی کاهش می‌یابد. این تغییر به گونه ای است که در فرم بستر نوع 4 در مقایسه با فرم بستر شاهد حداکثر به میزان 10.2 درصد کاهش مشاهده شد. بررسی تغییر افت انرژی نسبی نیز نشان داد با تغییر چیدمان فرم بستر مشابه روند فوق، افت انرژی نسبی افزایش می یابد و در فرم بستر نوع 4 نیز در مقایسه با فرم بستر شاهد حداکثر به میزان 23 درصد افزایش افت انرژی مشاهده شد. در بررسی طول نسبی پرش هیدرولیکی و همچنین طول نسبی غلطابی مشاهده شد با تغییر فرم بستر از نوع 1 الی نوع 4 تحقیق حاضر، طول نسبی پرش هیدرولیکی و طول نسبی غلطابی کاهش یافتند و در فرم بستر نوع 4 به ترتیب حداکثر به میزان 32 و 34 درصد، در مقایسه با بستر صاف، کاهش یافتند.

investigation of the hydraulic jump characteristics in the bed of a basins with ripple bed form at different arrangement

background and objectives: downstream of grade control structures in watershed engineering, it is necessary to create a hydraulic jump to dissipate excess energy to prevent the destruction of the structure. a roughened bed of stilling basins of the hydraulic jump type to increase the amount of energy loss and reduce the length of the hydraulic jump can lead to economic savings in watershed management. in this study, a new type of roughness, which is similar to the appearance of the ripple bed in alluvial rivers, was experimentally investigate to increase the energy loss, reduce the stilling basin length and to prevent sedimentation in between the rough elements. materials and methods: the experiments of this research were carried out in a rectangular flume with width, height and length of 0.3, 0.4 and 12 meters respectively. five different arrangements of the bed form along with a case of no bed form were tested under five different froude numbers, fr= 3.5 to 5.5. an ogee weir with a height of 32 cm was installed 3 meters downstream of the flume inlet to create a hydraulic jump, and the minimum flow depth on the crest of the weir was set to be more than 3 cm to avoid the effect of surface tension. during the experiment, the water level profiles at the hydraulic jump site were measured by a point gauge with an accuracy of ±1 mm. during the experiment, digital photos were also taken and the required data was extracted by digitizing these photos. the average flow depth measured and extracted from the photos was used in the analysis to reduce the error. rolling length, jump length and water surface profile were measured in each experiment and repeated three times. these lengths were also extracted from the photos and the average values were used in the analysis. results and conclusion: the results of the investigation of the variation of the ratio of conjugate depths versus fr for all types of the bed forms showed that by changing the layout of the bed form from type 1 to type 4 of the current study, the ratio of conjugate depths (y2/y1) decreases. a maximum decrease of 10.2% was observed for the type 4 bed form compared to the case of no bed form. the variation of relative energy loss (δe/e1) versus fr also showed that by changing the layout of the bed form, the ratio of δe/e1 increases, and in the type 4 bed form, compared to the control bed form, a maximum of 23% increase in energy loss was observed. in the investigation of the relative length of the hydraulic jump (lj/y2) and also the relative roller length of the jump (lr/y2), it was observed that by changing the bed form from type 1 to type 4, the ratio lj/y2 and lr/y2 decreases and the maximum reduction in comparison to the case of no bed form, was found in the type 4 bed form, which was in the order of 32% and 34% respectively.