تاثير نشت رو به بالا بر ميزان عمق آبشستگي در پايين‎دست جت‌هاي قايم آزاد

Effects of Upward Seepage on Scour Depth Downstream of the Free Falling Jets

در اين تحقيق، تاثير نشت روبه بالا بر ميزان آبشستگي پايين‎دست جت‌هاي عمودي نظير سازه كنترل شيب مورد مطالعه آزمايشگاهي قرارگرفته‌است. براي رسيدن به اهداف تحقيق دو سري آزمايش بدون و با وجود نشت رو به بالا در موسسه‌ تحقيقات آب انجام گرفت. از سه نوع اندازه رسوب بستر و برقراري سه مقدار دبي مختلف و تحت شرايط سه عمق مختلف پاياب استفاده شد. ميزان پنج بار آبي مختلف براي ايجاد دبي‌هاي نشت رو به بالا از 5/1تا 5/10ليتر بر ثانيه درسري آزمايش‌هاي دوم اعمال شد. نتايج اين تحقيق نشان داد كه ميزان نشت از بستر باعث كاهش حداكثر عمق آبشستگي مي‌شود و ميزان كاهش بستگي به اندازه مصالح رسوبي، عمق پاياب و دبي نشت رو به بالا دارد. نتايج حاصل با نتايج تحقيقي كه بر روي جت‌هاي افقي قبلاً انجام شده است مقايسه گرديد و نشان داده شد كه نتايج اين تحقيق با نتايج قبلي كه بر روي جت افقي بدون كف بند افقي انجام شده است، بدليل مشابهت الگوي جريان، منطبق ولي با نتايج بر روي جت افقي با كف بند متفاوت است. به منظور بررسي تحليل نتايج ، اندازه گيري مولفه هاي سه بعدي سرعت در دو حالت با و بدون وجود نشت رو به بالا درون حفره آبشستگي انجام گرديد. ترسيم مولفه عمودي سرعت جريان نشان داد كه مولفه‌ي رو به پايين سرعت در نزديكي بستر در شرايط نشت مي‌تواند تا 47 درصدكاهش يابد و اين باعث كاهش نيروي بالابرنده و در نتيجه كاهش ابعاد حفره آبشستگي مي گردد. دراين تحقيق روابطي براي تعيين عمق حفره آبشستگي در شرايط با وجود نشت رو به بالا ارايه شده است.

In the present study the effect of upward seepage on scour depth downstream of the vertical jet such as grade control structure has been experimentally investigated. To reach such goal two series of tests without and with the presence of upward seepage using three different sediment sizes, three different flow discharges and three different tailwater depths were carried out at the hydraulic laboratory of Water Research Organization. For the second series of tests five different upward seepage discharges ranged from 1.5 to10.5 liters per second were applied. The resulting data showed that by applying upward seepage, the scour depth decreased. The amount of decrease was found to be dependent on the sediment size, tailwater depth and upward seepage discharge. The rate of decrease for higher seepage discharge, lower tailwater depth and small particle size was high. The present results were compared with the results of previous research on horizontal jet without horizontal apron and was found in good agreement due to flow pattern similarity while our results were in disagreement with the results of previous research on horizontal jet with horizontal apron. To find the reason, three components of flow velocities inside the scour hole were measured using a Magnetic Doppler velocity meter for both cases of with and without upward seepage. The plots of the vertical flow velocity component showed that when the upward seepage was applied, the down flow velocity near the bed decreased up to 47%. The decrease of this velocity component could cause the lift force to decrease which eventually could reduce the scour depth. Relations for scour depth prediction under the effect of upward seepage were presented.