مطالعه تجربی ضریب دبی شیار بالادست سد سنگریزه ای با رویه بتنی (با استفاده از مدلهای هیدرولیکی)

محورهای موضوعی : مدیریت آب در مزرعه با هدف بهبود شاخص های مدیریتی آبیاری

زهرا رحیمی نژاد ¹ , سید حبیب موسوی جهرمی ² , امیر خسروجردی ³ , حسین حسن پور درویشی ⁴ , جمال محمدولی سامانی ⁵

1 - گروه علوم و مهندسی آب، دانشکده علوم کشاورزی و صنایع غذایی، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات تهران ، تهران، ایران
2 - 2) *استاد بازنشسته؛ گروه سازه های آبی؛ دانشگاه شهید چمران؛ اهواز؛ ایران.
3 - استادیار؛ گروه علوم و مهندسی آب؛ دانشگاه آزاد اسلامی؛ واحد علوم و تحقیقات تهران؛ دانشکده علوم کشاورزی و صنایع غذایی؛ تهران؛ ایران.
4 - دانشیار؛ گروه مهندسی و مدیریت منابع آب؛ دانشگاه آزاد اسلامی؛ واحد شهر قدس؛ دانشکده فنی و مهندسی؛ تهران؛ ایران.
5 - استاد تمام دانشگاه تربیت مدرس، دانشکده کشاورزی، گروه سازه های آبی

تاریخ دریافت : 1399/08/06 تاریخ پذیرش : 1400/04/12 تاریخ انتشار : 1400/05/01

کلید واژه: ضریب دبی شیار, سد سنگریزه‏ای با رویه بتنی(CFRD), شیار مستطیلی, ضریب دبی روزنه,

چکیده مقاله :

با در نظر گرفتن نقشی که سدهای ناهمگن می توانند در مهار سیلاب و همچنین ذخیره آب داشته باشند توجه به هیدرولیک جریان در آنها از اهمیت زیادی برخوردار است و از طرفی طراحی صحیح سدهای سنگریزه ای مستلزم بررسی دقیق رفتار جریان در این سد ها می باشد. در این راستا در تحقیق حاضر با مطالعه بر روی سدهای سنگریزه ای با رویه بتنی (CFRD)، از طریق ایجاد شکافهای مختلف برروی رویه بتنی سد در مدل آزمایشگاهی، رفتار نفوذ آب درون بدنه سد بررسی شد. ترکهای عرضی دال بتنی روی سدهای سنگریزه ای با رویه بتنی و جریان آب و نحوه کنترل آن در سدهای سنگریزه ای یکی از مهمترین مسائلی است که در طراحی سدها مورد توجه متخصصین قرار میگیرد. تعیین ضریب دبی عبوری از شیار جهت تخمین دبی عبوری امری مهم و اجتناب ناپذیر می باشد. هدف از این تحقیق محاسبه ضریب دبی شیار مستطیلی واقع در سدهای CFRD در هر دو حالت شرایط مستغرق و آزاد می باشد. پارامترهای هندسی متغیر در این مطالعه شامل ارتفاع شیار از بستر، زاویه شیار واقع شده در رویه بالادست نسبت به افق و پارامترهای هیدرولیکی متغیر شامل ارتفاع هد آب بالادست سد سنگریزه ای می باشند. در پایان با استفاده از آنالیز ابعادی و آنالیز معادلات غیرخطی دو معادله برای پیش بینی ضریب دبی عبوری از شیار بالادست سد CFRD در دو حالت آزاد و مستغرق توسعه داده شد. معادلات توسعه داده شده تطابق خوبی (ضریب همبستگی 0.988 (جریان آزاد) و 0.984 (جریان مستغرق)) با نتایج آزمایشگاهی دارند.

چکیده انگلیسی:

Considering the role of heterogeneous dams in flood control and also water storage, its very important to consider the flow hydraulic in them. On the other hand, proper design of Rockfill dams requires accurate study of flow behavior in these dams. In this regard by studying the concrete-face rockfill dam (CFRD) in the present study, by creating different cracks on the concrete face of the dam in the laboratory model, the water infiltration behavior inside the dam body was investigated. Transverse cracks of concrete slab on CFRD Dam and water flow and how to control it in CFRDs is one of the most important issues considered by experts in the design of dams. Determining the discharge coefficient of the groove to estimate the flow rate is important and unavoidable. The purpose of this study is to calculate the discharge coefficient of a rectangular groove located in the concrete surface upstream of the CFRD in both submerged and free conditions. Variable geometric parameters in this study include the height of the groove from the bed, the angle of the groove located upstream of the horizon and the variable hydraulic parameters include the height of the water head upstream of the CFRD. two equations were developed using dimensional analysis and nonlinear equation analysis, in order to predict the CD of the upstream groove of a CFRD dam in both free and submerged states. The equations are in good agreement (correlation coefficient of 0.988 (free ) and 0.984 (submerged )) with experimental results.

منابع و مأخذ:

Abdelhaleem F. S. F. (2017). “Hydraulics of submerged radial gates with a sill.” ISH Journal of Hydraulic Engineering, pp. 177-186, DOI: 10.1080/09715010.2016.1273798.
Alhamid, A. A, 1999.” Coefficient of Discharge for Free Flow Sluice Gates” J. King Saud Univ., Vol 11 , Eng. Sci. (I), pp. 33-47 (A.H. 1419/ 1999).
Bos, M.G. 1989. Discharge measurement structures, Wageningen, Netherlands. 3rd edition, ILRI.
D'Alpaos, L & Ghetti, A. (1984) Some New Experiments on Surface Tension and Viscosity Effects on the Trajectory of a Falling Jet, Padova : Istituto di Idraulica.
De Martino, G., Ragone, A., Effects of viscosity and surface tension on slot weirs flow, (1984), J. Hydraul. Res. 22 (5) 327–341.
Goudarzi, A. and MahinRoosta, R. (2012). “ Effect of the Height of Crack in the Slab of CFRD’s in WaterPressure Distribution in the Dam Body” 9thInternational Congress on Civil Engineering. Isfahan University of Technology (IUT), Isfahan, Iran.
Knauss, J, (1989).” Scale Effects in Modelling Free Falling Jets Emerging Horizontally from a Slot-Orifice”, Technical University of Munich, Federal Republic of Germany. P.2.4-1:2.4-3.
Nicholas, A. M & Bobai, S. B, 2018. “Determination of Orifice Coefficients for Flow Through Circular and Rectangular Orifices”. ATBU, Journal of Science, Technology & Education (JOSTE); Vol. 6 (1), March, 2018:188-197.
Prohaska, P. D. Khan, A. A., Kaye N. B. (2010) “Investigation of Flow through Orifices in Riser Pipes.” JOURNAL OF IRRIGATION AND DRAINAGE ENGINEERING © ASCE”, Vol. 136, No. 5, 340-347.
Salmasi, f., Nouri, m., Abraham, j. (2019). “Laboratory Study of the Effect of Sills on Radial Gate Discharge Coefficient” KSCE Journal of Civil Engineering. Hydraulic Engineering . www.springer.com/12205
Samani, H. M. V., Samani, J. M. V., and Shaiannejad, M. (2003) “Reservoir Routing using Steady and Unsteady Flowthrough Rockfill Dams” JOURNAL OF HYDRAULIC ENGINEERING © ASCE. 129:448-454.
Samani, J. M. V., Samani, H. M. V., and Shaiannejad, M. (2004) “Reservoir routing with outflow through rockfill dams” Journal of Hydraulic Research Vol. 42, No.4 (2004), pp. 435-439.
Sarhan, S. A. (2013). “ANALYSIS OF SUBMERGED FLOW UNDER A GATE WITH PRISMATIC SILL” ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 8 (10(, 849-856.
Seo, M. W., Ha, I. S., Kim, Y. S., and Olson, S. M. (2009). “Behavior of concrete-faced rockfill dams during initial impoundment.” Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, ASCE, Vol. 135, No. 8, pp. 1070-1081.
Shaker, A. J. (2014). “Submerged flow analysis below a vertical gate with stepped sill.” Caspian Journal of Applied Sciences Research, Vol. 3, No. 5, pp, 41-52.
Sherard, J. 1985," The Upstream Zone in Concrete_FaceRockfill Dams," Consulting Engineer, San Diego, Colifornia.
Swamee, P. K., Ojha, S. P, Kumar,S., 1998. “Discharge Equation for Rectangular Slots. Journal of Hydraulic Engineering”. 124: 973-974.
Szostak_Chrzanowski, A, Deng, N, and Massiera, M, 2008, "Monitoring and Deformation Aspects of Large Concrete Face Rockfill Dams," 13st Fig Symposium on Deformation Measurment and Analysis.
Wu, D. Burton, R. Schoenau, G. 2002. “AN EMPIRICAL DISCHARGE COEFFICIENT MODEL FOR ORIFICE FLOW” International Journal of Fluid Power 3 (2002) No.3 pp. 13-18.
Xing, H. F., Gong, X. N., Zhou, X. G., and Fu, H. F. (2006). “Construction of concrete faced rockfill dams with weak rocks.” Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, ASCE, Vol. 132, No.6, pp. 778-785.
Yun Wook Choo, Dong Hoon Shin, Sung Eun Cho, Eun Sang Im, and Dong-Soo Kim. (2013). “Seepage Behavior of Drainage Zoning in a Concrete Faced Gravel-fill Dam via Centrifuge and Numerical Modeling.” KSCE Journal of Civil Engineering (2013) 17(5):949-958.

_||_