بررسي آزمايشگاهي اثرات تعداد پله، شيب و اندازه ذرات بر استهلاك انرژي در سرريزهاي پله اي توري سنگي

Laboratory Study of the Effects of Step Number, Slope and Particle Size on Energy Dissipation in Gabion Stepped Spillways

سرريز پله اي توريسنگي، سازه محيط زيست پسند و هيدروليكي ساده اي است كه جهت استهلاك انرژي جريان در سدهاي مختلف و يا جهت كنترل فرسايش پايين دست سازه هاي مختلف مورد استفاده قرار ميگيرد. در اين تحقيق با استفاده از روش آزمايشگاهي و مدل فيزيكي، مولفه هاي مختلفي كه بر روي افت انرژي جريان عبوري از روي سرريزهاي پله اي توريسنگي (گابيوني) موثر ميباشند، مطالعه و با تحقيقات ديگر دانشمندان نيز مقايسات لازم صورت گرفته شده است. جريان عبوري از سرريز توري-سنگي هم به صورت درونگذر و هم به صورت روگذر (هر دو به طور همزمان) صورت گرفت و مقدار انرژي تلف شده در طول سازه بر اساس رابطه انرژي محاسبه گرديد. در اين تحقيق از ذرات كاملا يكنواخت با سه قطر متوسط (d50) 10 ، 25 و 40 ميلي‌متر استفاده شده است. ارتفاع و عرض مدل‌هاي فيزيكي ساخته شده از سرريز پلكاني توريسنگي ثابت و به ترتيب 60 و 40 سانتيمتر، با پله هاي 3 ، 6 و 12 تايي و ارتفاع پله‌ها 5 ، 10 و 20 سانتي‌متري و شيب سرريزها 1:1 ، 1:2 و 1:3 (2و3 افقي، 1 قائم) مي‌باشد. نتايج نشان داد كه در سرريزهاي پله اي توريسنگي شيب نماي پايين دست سرريز تاثير ناچيزي بر افت انرژي جريان دارد. هم‌چنين با بيشتر شدن تعداد پله هاي سازه (براي h/l ثابت) افت انرژي كاهش مييابد. قطر متوسط ذرات 10 ميليمتر به ازاي و قطر متوسط ذرات 40 ميليمتر به ازاي داراي بيشترين افت انرژي نسبي ميباشند.

Gabion stepped weir is a simple hydraulic and environment friendly structure that can be used to dissipate flow energy in different dams or to control downstream erosion of various structures. Most researches have been related to concrete and rigid stepped spillways, so studies on gabion stepped weirs are very small. In this research using the experimental method and physical model various components that affect the energy loss in gabion stepped weirs have been studied and comparisons with other studies by researchers have also been made. The flow passes in gabion stepped weir was carried out both in overflow and inflow (both simultaneously) and the amount of energy dissipation along the structure was calculated based on the energy relation. In this study, completely uniform particles with three diameters ( ) of 10, 25 and 40 mm were used. The height and width of physical models made of gabion stepped weirs were 60 cm and 40 cm respectively, with stairs of 3, 6 and 12 and height of stairs 5, 10 and 20 cm and the slope of the weirs are 1:1, 1:2 and 1:3 (2 and 3 horizontals, 1 vertical). In the gabion stepped weirs, the downward slope of the weir has a negligible impact on the energy dissipation. As the number of steps increases (for constant ), the energy loss decreases. The average diameter of the particles of 10 mm for and the average diameter of the particles of 40 mm for has the highest of relative energy loss.