بررسي آزمايشگاهي اثر ارتفاع، شكل و محل قرارگيري موانع گابيوني در كنترل جريان غليظ رسوبي

Experimental Investigation of the effects of Gabion Obstacle’s Height, Shape and distance of obstacle from entrance to Control the Turbidity Current

به فرآيندي كه يك جريان رسوبي در زير يك جريان شفاف حركت مي‌ كند و رسوبات را به سمت درياچه و اقيانوس‌ ها منتقل مي‌ كند جريان غليظ مي‌ گويند. پديده جريان غليظ بدليل تغييرات چگالي بين دو سيال بوجود مي‌ آيد و از فاكتورهاي مهم در زمينه انتقال رسوب در مخازن سدها مي‌ باشد. آگاهي‌ از سرعت پيشاني اين جريان‌ ها يكي از پارامترهايي است كه در مخازن سدها داراي اهميت بسيار است. انتقال رسوبات توسط جريان غليظ به كنار بدنه سد، علاوه بر كاهش حجم مخزن باعث تاثير بر المان هاي كليدي سد از جمله ورودي رسوبات به آبگير نيروگاه مي شود، لذا كنترل، استهلاك يا انحراف جريان غليظ در افزايش عمر مفيد سد نقش بسزايي دارد. روش هاي مختلفي جهت كنترل و استهلاك جريان غليظ در مخازن سدها وجود دارد، كه از آن جمله مي توان استفاده از موانع نفوذناپذير، نفوذ پذير و جت آّب، جت هوا و استفاده توام مانع و زبري را نام برد. در تحقيق حاضر به بررسي و توصيف اثر ارتفاع، شكل و فاصله از ورودي جريان، يك مانع گابيوني به عنوان مانع با نفوذپذير كم جهت كنترل جريان غليظ رسوبي پرداخته شده است. آزمايشات در فلومي شيب‌ پذير به طول 10 متر، عرض 30 و ارتفاع 45 سانتي‌ متر و در دو شيب 0 و 2/5 درصد صورت پذيرفت. سرعت پيشاني جريان غليظ به‌ وسيله كرنومتر در حين آزمايش اندازه گيري و از دوربين فيلم‌برداري براي كنترل محاسبات استفاده گرديد. از 2 نمونه گير سيفوني در قبل و بعد از مانع براي اندازه‌ گيري غلظت جريان رسوبي استفاده شد. ميزان تخلخل در مانع تقريبا 35 درصد بوده و براي كليه‌ ي آزمايشات دبي جريان مقدار ثابت 0/7 ليتر در ثانيه و ميزان غلظت ورودي 20 گرم در ليتر بوده است. دبي رسوبي پيشاني جريان غليظ قبل و بعد از مانع محاسبه گرديد. يافته ها: نتايج نشان داد كه بسته به شرايط اوليه جريان، جريان غليظ پس از برخورد با مانع گابيوني از روي مانع و بخش بسيار اندك جريان در ارتفاعات بالا از داخل مانع عبور مي‌ كند. همچنين نتايج نشان داد كه افزايش ارتفاع مانع گابيوني و نزديكي آن به ورودي جريان، باعث افزايش تاثير آن در كاهش سرعت و دبي رسوبي جريان غليظ عبوري از روي مانع مي شود و به كنترل جريان غليظ كمك مي‌ كند. نتيجه گيري:‌ طبق آزمايشات بهترين شكل براي موانع گابيوني از ميان شكل هاي ديواره، پلكاني يك طرفه با پله در بالادست، پلكاني يك طرفه با پله در پايين دست و پلكاني دو طرفه، براي كاهش سرعت و غلظت جريان عبوري از مانع، پله دوطرفه است. در تمام حالت هاي اندازه گيري شده، درصد كاهش سرعت و دبي رسوبي در شيب صفر بيشتر از 2/5 درصد بود و اين روش نسبت به ساير روش هاي كنترل و كاهش سرعت و دبي رسوبي جريان غليظ مقرون به صرفه تر بوده و در زمان كوتاه تري ساخته و اجرا مي شود.

Background and Objectives: The process by which a heavy flow of sediments move under a clear flow and transfers the sediment to the lake and the oceans is said turbidity current. For heavy flow between the fluid density changes occur and is one of the most important factors in sediment transport and erosion in the reservoir. Turbulence of flows is known to be responsible for suspension of particles in the turbidity currents and volumetric concentration of sediments in such currents is less than 10%. The occurrence of the turbidity currents in dam reservoirs transfers sediments to near body of dams posing substantial threats to water release facilities like intakes and bottom outlet. The control of such currents has always been a problem in dam operation. The location of sediment accumulation is another factor affecting the operational lifetime of a dam greatly. There are different methods to control or divert turbidity current in the reservoir, such as construction of permeable and solid obstacles, jet screen and bubble screen and using obstacle with roughness. In the present study we investigated the effect of height and shape of obstacle and the distance of obstacle from entrance of flow by using the gabion obstacle as an obstacle with low permeability to control the turbidity current. Materials and Methods: In this research using flume with variable bed slope in 10 m long, 30 cm width and 45 cm height and in two slope of 0 and 2.5 percent. The head velocity of turbidity current during the test was measured with chronometer. The video camera was used to control the computation. 2 sampler flushing before and after the barrier was used to measure the concentration of turbidity current. The porosity of obstacle was approximately 35 percent. Input rate constant in all tests was 0.7 liters per second and the feed concentration of 20 grams per liter. Sediment discharge of turbidity current’s head before and after Gabion obstacle was calculated. Results: The results showed that depending on the initial conditions of flow, some of turbidity current after the collision with the barrier Gabion passed over it and at high altitudes very little flow passed through the barrier. The results showed the height of Gabion obstacle and its proximity to the current input, increase its impact in reducing speed and sediment flow. Conclusion: According to the investigation the best form of Gabion obstacle between gabion walls, stair stepping one way in upstream, stair stepping one way in downstream and two-way stair stepped to decrease velocity and discharge passing over obstacle is two-way stair step. In all cases, the reduce of measured speed and sediment on the slope of zero percent is greater than 2.5 percent and this method compared to other methods to control and reduce the rate of sediment density current and the more cost effective within a shorter period were made and carried Recommended.