اثر تخلخل سرریز پلکانی گابیونی بر افت انرژی و مشخصات پرش هیدرولیکی پایین دست سرریز

امروزه طراحی و اجرای بناهای بتنی، سنگی و خاکی یکی از راه های مناسب برای کنترل و انحراف آب رودخانه ها می باشد. سازه های توری سنگی و مهم ترین آن ها، سرریزهای پلکانی گابیونی به دلیل تاثیر قابل ملاحظه پله ها بر میزان استهلاک انرژی جریان، پایداری مناسب، اقتصادی بودن، سهولت اجرا و بالا بردن سطح اکسیژن مخلوط در آب رواج بیشتری یافته و توجه روز افزونی به آن می شود. هدف از این تحقیق بررسی میزان افت انرژی و مشخصات پرش هیدرولیکی و همچنین ارزیابی نقش تخلخل سرریز پلکانی همراه با بسته های گابیون بر افت انرژی می باشد. برای این منظور پنج مدل فیزیکی شامل سه مدل سرریز پلکانی گابیونی با سه تخلخل 35، 40 و45 درصد، یک مدل سرریز پلکانی نفوذ ناپذیر و یک تندآب ساخته شد. شیب تمامی مدل ها ثابت و معادل 1:2 (افقی:عمودی) در نظر گرفته شده است. نتایج نشان می دهد که سرریزهای پلکانی گابیونی می توانند مشخصات پرش هیدرولیکی شامل اعماق مزدوج، طول پرش و طول غلتاب را نسبت به نوع نفوذ ناپذیر آن به مقدار قابل قبولی کاهش دهند. مقادیر افت نسبی انرژی در سرریزهای پلکانی گابیونی بزرگتر از سرریز پلکانی نفوذ ناپذیر است. حداکثر افت انرژی مربوط به مدل پلکانی گابیونی با تخلخل 45 درصد می باشد که مقدار آن در حدود 86 درصد است که این مقدار نسبت به سرریز پلکانی نفوذ ناپذیر هشت درصد بیشتر است.

The Effect of Gabion Stepped Spillway Porosity on Energy Dissipation and Characteristics of Downstream Hydraulic Jump of Weir

Today, gabion structures and especially gabion stepped spillways have become more popular due to the significant effect of stairs on flow energy dissipation, appropriate stability, being economic, easy implementation, and raising the oxygen level in the water. This type of weirs has more flexibility compared with its impervious type and is resistant to loads due to water pressure. The resistance to water load is likely to be related to flow passing through the porous media, and the gabion stairs can assist with the faster water drainage and reduce the water load behind the structure (Zhang Chanson, 2016). Extensive studies have been performed on impervious stepped spillways, namely Gonzalez et al. (2016) and Zhang and Chanson (2015).Reeve et al. (2019) used a numerical model to investigate the flow hydraulic properties on gabion stepped spillway. They studied gabion stepped spillways with four different stair geometries under similar conditions. Their results indicate that flat gabion steps can dissipate more energy than overlapping, inclined, and pooled steps.Despite extensive investigations on impervious stepped spillways, there has not been sufficient research on gabion stepped spillways. Hence, the primary purpose of this study is to investigate the gabion stepped weirs features, including energy dissipation and characteristics of downstream hydraulic jump.