بررسي آزمايشگاهي استهلاك انرژي جريان از روي سرريز گابيوني پله اي

Experimental Evaluation of Energy Dissipation over Gabion

سرريزهاي گابيوني يا توريسنگي پله اي كاربردهاي زيادي در ساختمان سدها، مهندسي رودخانه و حفاظت خاك دارند. اين نوع سرريزها از انعطاف زيادتري نسبت به نوع صلب آن برخوردار بوده و در مقابل بارهاي ناشي از فشار آب مقاوم و پايدار هستند. استهلاك انرژي جريان از روي چنين سازه اي به علت وجود جريان درون گذر و روگذر پله ها زياد بوده و لذا هزينه هاي ساخت حوضچه آرامش كاهش مي يابد. از خصوصيات مهم اين نوع سازه، جريان درون گذر از داخل جسم متخلخل سرريز است كه پيچيدگي هايي را در رفتار جريان ايجاد مي كند. اكثر تحقيقات انجام يافته تاكنون مربوط به سرريزهاي پلكاني سدهاي بزرگ بتني و صلب بوده است و در مقايسه با آن، مطالعات بر روي سرريزهاي پلكاني گابيوني بسيار اندك بوده است. بررسي هيدروليكي عبور جريان از روي پله ها و نيز محيط متخلخل درون سازه گابيوني و محاسبه افت انرژي از اهداف اين پژوهش مي باشند. براي اين منظور 9 مدل فيزيكي از سرريز گابيوني پله اي با 3 تخلخل مختلف و شيب هاي 1:1 و 1:2 ساخته شد. براي بررسي نفوذ پذيري پله ها در افت انرژي، وجه افقي و عمودي پله ها توسط ورق آهني نفوذ ناپذير گرديد. نتايج نشان مي دهند كه در دبي هاي بالا كه رژيم جريان غير ريزشي يا شبه صاف اتفاق مي افتد، استهلاك انرژي در سرريز گابيوني بيشتر است كه اين مورد بايد در طراحي مد نظر قرار گيرد. در واقع در دبي هاي بيشتر، جريان به دو بخش روگذر و درون گذر تفكيك مي شود. پله ها زير آب قرار مي گيرند و تاثير زبري آنها كمتر شده و در مقابل تاثير جريان درون گذر در افت انرژي افزايش مي يابد. استهلاك انرژي در سرريز داراي پله هاي نفوذ ناپذير (داراي ورق آهني در پله هاي افقي و عمودي تواما) در دبي هاي كم بيشتر از سايرين است و در مرحله بعد به ترتيب سرريز گابيوني، سرريز با ديواره عمودي غير قابل نفوذ و سپس سرريز با كف افقي غير قابل نفوذ قرار دارند. افزايش تخلخل از 38 تا 42 درصد موجب افزايش استهلاك انرژي گرديد. همچنين با كاهش شيب از 1:1 به 1:2 بر ميزان استهلاك انرژي افزوده شد

Stepped gabion spillways have many applications in dam structure, river engineering and soil conservation works. These types of weirs have more flexibility in respect to rigid (impervious) type and are more stable against water pressure. Energy dissipation through this weir is high due to over flow and inflow from steps, so the cost of stilling basin construction can be reduced. Flowing water through the body of weir is one of its important characteristics that make flow condition more complex. Most of the researches until now were on rigid stepped weir in large dams and there are a few studies on gabion stepped spillways. The purpose of this study is to investigate flow over and through the gabion stepped spillway body and determine energy dissipation rate. For this purpose 8 physical gabion stepped spillways with 3 different porosities 38 to 42 percent and two slopes 1:1 & 1:2 (V:H) were made and iron plate on each horizontal or vertical step was used to study the effect of step pervious on energy dissipation. Results show that at higher discharge, energy dissipation is more in pervious (gabion) spillway. In fact at higher discharge or skimming flow regime, energy dissipation divided in to over flow and inflow through the spillway body. In this situation energy dissipation through the spillway body have more effect on total energy dissipation. Thus in skimming flow regime, gabion stepped spillway will have greaterenergy dissipation. At lower discharge, energy dissipation is more in impervious stepped spillway. In this condition other rank belongs to gabion, step with vertical plate and step with horizontal plate respectively. Gabion with higher porosity had bigger energy dissipation and with increasing in discharge, their differences tend to zero. Slope decreasing from 1:1 to 1:2 causes more energy dissipation.