بررسي آزمايشگاهي تاثير شكل، آرايش و مساحت صفحه هاي نفوذناپذير مستغرق بر مشخصه هاي جريان غليظ

Experimental study on the effects of the shapes and arrays of submerged impermeable plates on turbidity current characteristics

سابقه و هدف: امروزه احداث سدها يكي از مهم ترين راهكارها براي ذخيره آب هاي سطحي مي باشد. در مخازن سدها، جريان غليظ معمولاً عامل انتقال و ته نشيني رسوبات است. اگر جريان غليظ به طور كامل در مناطق مياني مخزن سد متوقف شود، مقدار رسوبگذاري در پاي ديواره سد كاهش يافته و در نتيجه وظايف اصلي سد مختل نخواهد شد لذا مطالعه در خصوص شناخت دقيق اين پديده از اهميت خاصي برخوردار است. يكي از روش هاي تغيير هيدروليك جريان غليظ و كندكردن آن، زبركردن يا استفاده از مانع در بستر است. تاكنون تحقيقات زيادي در زمينه سرعت پيشروي جريان غليظ و كنترل آن به وسيله موانع و زبري انجام گرفته شده است اما بررسي منابع موجود نشان مي دهد كه در زمينه تاثير صفحه هاي نفوذناپذير مستغرق بر جريان غليظ پژوهشي صورت نگرفته است. مواد و روش ها: در اين پژوهش، سرعت راس و ارتفاع پيشاني جريان غليظ بر روي بستر با نصب صفحه هاي نفوذناپذير مستغرق مورد بررسي قرار گرفت. بدين منظور از فلومي به عرض 30 سانتيمتر، به طول 10 متر و ارتفاع 46 سانتيمتر استفاده گرديد. جريان غليظ با غلظت 20 گرم بر ليتر در دو شيب 1 و 2 درصد و 40 گرم بر ليتر در دو شيب 1 و 2 درصد وارد فلوم آزمايشگاهي شد و صفحات نفوذناپذير با دو مساحت 16 و 36 سانتيمتر مربع تحت پنج شكل مربع، مستطيل، مثلث، متوازي الاضلاع و ذوزنقه با آرايش موازي و همچنين شكل مربع با مساحت 16 سانتيمتر مربع تحت پنج آرايش موازي، شطرنجي، همگرا، واگرا و Z شكل در مسير جريان قرار گرفت. يافته ها: اندازه گيري سرعت در 6 مقطع به فاصله 50 سانتيمتر از هم و اندازه گيري ارتفاع پيشاني در 21 مقطع به فاصله 15 سانتيمتر از هم انجام گرفت. سپس براساس داده هاي به دست آمده و با انجام آناليز ابعادي به روش پاي باكينگهام، نمودارهاي بي بعد مربوط به سرعت، ارتفاع و عدد فرود پيشاني جريان غليظ رسم شد. در اثر برخورد جريان غليظ با صفحات، سرعت بي بعد در طول مسير نصب، به ميزان قابل توجهي كاهش يافت همچنين بررسي ارتفاع پيشاني جريان غليظ در طول مسير نيز نشان داد در ابتداي مسير صفحات باعث كاهش ارتفاع پيشاني جريان شدند اما به تدريج و در انتهاي مسير باعث افزايش پيشاني جريان شدند و بنابراين عدد فرود در طول مسير جريان روند كاهشي داشت. نتيجه گيري: نتايج نشان داد كه سرعت پيشروي جريان غليظ نسبت به بستر صاف در وضعيت نصب صفحه هايي با شكلهاي مختلف به ميزان 25 تا 48 درصد و ارتفاع پيشاني نيز به ميزان 1/ 5 تا 4/ 18 درصد كاهش يافت. همچنين در آرايش هاي مختلف نيز سرعت پيشروي به ميزان 2/ 11 تا 1/ 45 درصد و ارتفاع پيشاني نيز به ميزان 4/ 0 تا 4/ 18 درصد كاهش يافت. در غلظت 20 گرم بر ليتر آرايش همگرا و در غلظت 40 گرم بر ليتر آرايش موازي بهترين آرايش مشخص شدند. با تغيير مساحت صفحات از 16 به 36 سانتيمتر مربع بين شكلهاي مختلف، شكل متوازي الاضلاع با 22/2 درصد بيشترين تاثير را در كاهش سرعت نشان داد.

Background and objectives: Nowadays، dams are one of the most important structures to store surface water. Turbidity currents are usually the reason of sediment transport and deposition in deep reservoirs. As the turbidity current is completely stopped in the middle regions of the reservoir، sediment deposition reduces near the dam wall and as a result the main tasks of the dam are not disrupted. So، it is important to study the phenomenon. Roughening up or using obstacle the bed is a technique for changing the turbidity current hydraulics or reducing of its velocity. Some researches have been studied at this field، however، it is necessary to evaluate the effect of submerged impermeable plates on turbidity currents. Materials and methods: In the present research، the head velocity and height of the turbidity current head were studied on the bed with submerged impermeable plates. For this purpose an experimental، flume with 30cm width، 10m length and 46cm height was used. The turbidity current was entered into the flume with concentration of 20 g.l-1 with 1 and 2 percent bed slopes and concentration of 40 g.l-1 with 1 and 2 percent bed slopes. Impermeable plates which came into two different areas (16 and 36 cm2) in five shapes (Square، rectangular، triangle، rhombus and trapezius) were located across the current. Also، square impermeable plates were placed as five arrays (parallel، plaid، converge، diverge and Z-shape) with an area of 16 cm2. Results: Flow velocity was measured in 6 sections with distance 50cm and the height of head in 21 sections with distance 15cm. Then، non-dimensional graphs of velocity، height، Froude number and Richardson number of turbidity current head were drawn by using the data which obtained by Buckingham dimensional analysis method. Dimensionless velocity during the installation significantly decreased due to collision turbidity current to with plates. Also، the height of turbidity current head in the along of flow path indicated that plates gradually reduced the height of head at the beginning of the route. Height of turbidity current head was increased and the current path Froude number was decreased at the end of the path. Conclusion: Results showed that the development velocity of the turbidity current reduced between 25-48 percent proportion to smooth bed in the condition of plate’s installation with different shapes and also the height of head reduced between 5.1-18.4 percent. Also، development velocity was reduced between 11.2-45.1 percent and the height of head was reduced between 0.4-18.4 percent in different arrays. Converge array in the concentration of 20 g.l-1 and Parallel array in the concentration of 40 g.l-1 were determined as the best array. By changing the area of plates from 16 to 36 cm2 between different shapes، the shape of rhombus with 22.2 percent، showed the greatest effect in reducing velocity.