بررسي آزمايشگاهي و عددي تأثير مكان آبشكن بر شرايط هيدروليكي و رسوبي آبگير جانبي

Numerical and Experimental Investigation of the Effect of Spur Dikes Placement Position on the Hydraulic and Erosion Conditions of Lateral Intakes

مقدمه و هدف: آبگيرها سازه‌هايي هستند كه براي انحراف آب از مسير رودخانه يا كانال مورد استفاده قرار مي‌گيرند. بهينه­ سازي عملكرد آبگيرها و افزايش جريان ورودي به آبگير، در عين كنترل بستر رسوبي كانال از لحاظ فرسايش و رسوب گذاري يكي از موضوع­ هاي مورد بحث مهندسي آب بوده است. به كارگيري آبشكن ها بر اصلاح الگوي جريان، كنترل فرسايش و انتقال رسوب به آبگير تاثيرگذار است. هدف از اين تحقيق استفاده از آبشكن‌ها، به ­منظور افزايش دبي ورودي به آبگير جانبي، به نحوي كه كم‌ترين آشفتگي، فرسايش و رسوب‌گذاري را ايجاد كند مي ­باشد. مواد و روش‌ها: به­ منظور اجراي آزمايش‌ها از كانالي مستطيلي به طول 15 متر و عرض 5/1 متر با شيب ثابت به­ عنوان كانال اصلي استفاده شد. آبگيري جانبي به­ صورت كانالي مستطيلي به عرض 0/6 و طول 5 متر با زاويه‌ي 90 درجه نسبت به كانال اصلي، در فاصله‌ي 10 متري از ابتداي كانال اصلي قرار داده شده است. مدل بدون آبشكن به­ عنوان مدل شاهد در نظر گرفته شد و در ديگر مدل‌ها، آبشكن در قسمت بالادست سمت آبگير، بالادست روبروي آبگير، پايين دست روبروي آبگير و هم‌چنين به­ صورت سري آبشكن در بالادست و روبروي آبگير قرار گرفته است. مدل­ هاي آزمايشگاهي مذكور، در نرم‌افزار FLOW-3D مدل‌سازي و بر اساس نتايج و داده­ هاي آزمايشگاهي كاليبراسيون يا واسنجي شد. يافته‌ها: بررسي نتايج آزميشگاهي نشان داد، حالتي كه آبشكن در پايين‌دست و روبروي آبگير قرار دارد بهترين نتايج آبشستگي و نسبت انشعاب را در پي داشته و افزايش 66 و 41 درصدي را به ­ترتيب در دبي­هاي 40 و 60 ليتر بر ثانيه براي دبي انشعابي نسبت به مدل شاهد را نشان داده است. با توجه به نتايج مدل‌هاي آزمايشگاهي، مدل با نحوه قرارگيري آبشكن در قسمت پايين دست و مقابل آبگير جانبي (نحوه قرارگيري شماره 4) به­عنوان بهترين مدل انتخاب و به­صورت عددي مدل‌سازي شد. اعتبارسنجي نتايج مدل­هاي عددي و آزمايشگاهي در مقادير هيدروليكي نقاط جريان آب (0/95=2R) و رقوم نقطات بستر (0/74=2R) را نشان داد كه حاكي از دقت قابل قبول مدل عددي و تحليل صورت گرفته توسط نرم افزار Flow3Dمي باشد. در ادامه ابتدا با تغيير فاصله و سپس با تغيير طول آبشكن در نحوه قرارگيري شماره 4، بررسي مدل عددي صورت پذيرفت و بهترين فاصله قرار گيري آبشكن، فاصله اي به ميزان 58 درصد عرض آبگير و بهترين طول آبشكن، طولي به ميزان 30 درصد عرض كانال اصلي محاسبه شد. نتيجه‌گيري: اين پژوهش نشان داد استفاده از آبشكن‌ در پايين‌دست و روبروي آبگير در ابعاد مناسب نه تنها مي‌تواند باعث افزايش نسبت دبي انشعابي ورودي به آبگير شود، بلكه آبشستگي بستر كانال را نيز كمتر خواهد كرد كه در نتيجه استفاده از اين آبشكن‌ها در آبگيري قائم از كانال‌ها و رودخانه‌ها توصيه مي‌گردد.

Introduction and Objective: Intakes are structures that are used to divert water from a river or canal. Optimizing the performance of intakes and increasing the inflow to the intake, while controlling the sediment bed of the canal in terms of erosion and sedimentation has been one of the topics of water engineering. The use of spur dikes is effective in modifying the flow pattern, controlling erosion and transferring sediment to the intake. The purpose of this study is to use spur dikes to increase the inflow to the lateral intake, in a way that causes the least turbulence, erosion and sedimentation. Material and Methods: In order to perform the experiments, a rectangular channel with a length of 15 meters and a width of 1.5 meters with a fixed slope was used as the main channel. Lateral intake is a rectangular canal with a width of 0.6 and a length of 5 meters at an angle of 90 degrees to the main canal, at a distance of 10 meters from the beginning of the main canal. The model without spur dike was considered as a control model and in other models, the spur dike is located upstream of the intake, upstream in front of the intake, downstream in front of the intake and also as a series of spur dike upstream and in front of the intake. The laboratory models were modeled in FLOW-3D software and calibrated based on laboratory results and data. Results: Examination of laboratory results showed that the condition of the spur dike at the downstream and in front of the intake has the best scouring results and branching ratio and increase of 66 and 41% at 40 and 60 liters per second, respectively, for branching flow ratio Shown to the control model. According to the results of laboratory models, the model was selected as the best model and modeled numerically with the location of the spur dike in the downstream and in front of the lateral intake (the position of No. 4). Validation of the results of numerical and laboratory models in the hydraulic values of water flow points (R2=0.95) and the number of bed points (R2=0.74) showed that the acceptable accuracy of the numerical model and analysis performed by Flow3D software. Then, first by changing the distance and then by changing the length of the spur dike in the position of No. 4, the numerical model was examined and the best distance of the spur dike, a distance of 58% of the width of the intake and the best length of the spur dike, a length of 30% of the channel width The original was calculated. Conclusion: This study showed that the use of spur dike downstream and in front of the intake in appropriate dimensions can not only increase the ratio of inlet flow to the intake, but also reduce the scouring of the canal bed, as a result of the use of these spur dike in lateral intake of canals an‎d rivers are recommended.