The experimental study of the effect of the geometry of the downstream flip bucket on the scouring of its tail water

Subject Areas : Subjects

محمد حیدرنژاد ¹ (عضو هیات علمی گروه سازه های آبی دانشگاه آزاد اسلامی واحد اهواز)
Amin Eskandari ² (Department of Water Science Engineering, khouzestan Science and Research Branch, Islamic Azad University, Ahvaz, Iran.)
Alireza Masjedi ³ (Associate Professor, Islamic Azad University, Ahvaz Branch)
MohammadHossein Pourmahammadi ⁴ (Department of Water Science Engineering, Shoushtar Branch, Islamic Azad University, Shoushtar, Iran,)
Amirabbas Kamanbedast ⁵ (Department of Water Science Engineering, Ahvaz Branch, Islamic Azad University, Ahvaz, Iran,)

Received: 2017-12-16 Accepted : 2020-01-26 Published : 2019-10-23

Keywords: Flip buckets, energy dissipater, scouring depth, rectangular and triangular slots,

Abstract :

Using flip buckets as a part of the flow dissipaters in vertical case in dams would lead to dissipation of the energy from the flood passage. This structure is used to reduce costs in comparison with other energy dissipaters. Water jet collision with the river bed leads to the creation of scouring hole which can reduce the stability of dams and relevant structures. In the present study, the scouring phenomenon of the downstream of a flip bucket in free conditions and also in the presence of slots with rectangular and triangular shapes in various intervals distances with 9 flow rates and a total of 45 tests have been investigated. The results of this study showed that the presence of a slot would have a lot of effects on the depth and extent of scouring, so that a flip bucket with alternate rectangular slot compared to a non-slotted case causes about 13 percent less scour. Also, the maximum scour depth in bucket mode with alternate rectangular slots occurred in a more favorable range than the rest of the models. Then, the obtained results were compared with a number of empirical formulas and it was determined that Martinez B relation provides closer results to real values.

References:

1)       اکبری غ، کاویانپور م، سلطانی سامانی ا،1393. بررسی آزمایشگاهی آبشستگی پائین‌دست پرتاب‌کننده جامی‌شکل. مجله مهندسی منابع آب. 7 (20): 51-65.

2)       پیرستانی م، ریاضی ر،1394. بررسی آزمایشگاهی اثر دندانه و میزان بازشدگی دریچه در جام پرتابی بر شکل نیمرخ بستر با مصالح غیر یکنواخت. مجله پژوهش آب ایران. 9(3): 131-140.

3)       پیرستانی م، شفیعی س. 1388. بررسی آزمایشگاهی تاثیر عمق پایاب بر ابعاد حفره آبشستگی ناشی از افشانه ریزشی جامی شکل دندانه دار. مجموعه مقالات هشتمین کنفرانس هیدرولیک. دانشگاه تهران 4-2.

4)       محبوبی ا. 1375. اثر قطر مصالح بر میزان آبشستگی ناشی از افشانه های ریزشی آزاد. پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه علم و صنعت، دانشکده عمران،110 صفحه.

5)       مومنی وصالیان ر، موسوی جهرمی س.ح، شفاعی بجستان م،1387.آبشستگی ناشی از افشانه‌های مستطیلی پائین‌دست پرتابه جامی شکل با مصالح غیر یکنواخت.مجله علوم کشاورزی و منابع طبیعی. 15 (2) : 203-216.

6)       مهرکیا م، مجدزاده م،. کاویانپور م،1391. ارزیابی معادلات حاکم برآشفتگی در پائین‌دست پرتابه‌های جامی‌شکل با بکارگیری داده‌های میدانی و آزمایشگاهی. یازدهمین کنفرانس هیدرولیک ایران. دانشگاه ارومیه و انجمن هیدرولیک ایران. 16-18 آبان‌ماه، ارومیه.

7)       آبشستگی در بده اوج نسبت به شاهد حدود 13 درصد کاهش یافت. درباره‌ی نقطه اثر بیشترین محل وقوع آبشستگی می‌توان گفت در حالت مستطیلی یک در میان

8)       Amanian N. 1993. Scour Below a Flip Bucket Spillway. Utah State University. Department of Civil and Environmental Engineering. 252 p.

9)       Azmathullah H.Md., Deo M.C., Deolalikar P.B. 2005. Neural networks for estimation of scour downstream of ski-jump bucket. J. Hydraul. Eng., (ASCE). 131(10): 898-908.

10)   Bhavan M., SHahzafar marg B. 2010. Bureau of Indian Standards. Central for Hydraulic Design of Bucket Type Energy Dissipators. Second Revision. New Delhi.

11)   Chee S.P., Padiyar P.V. 1969. Erosion at the Base of Flip Buckets. Can. Engng. J., November, 22-24.

12)   Damle P.M., Venkatraman C.P., Desai S.C. 1966. Evaluation of Scour below Ski-jump Buckets of Spill-ways. In: CWPRS Golden Jubilee Symposia, Poona, India, I: 154-163.

13)   Hager W.H., Minor, H.E. 2004. Plunge pool scour in prototype and laboratory. Proceeding of 2004 International hydraulics of dam and river structures, April 29-28, Tehran, Iran.

14)   Hoffmans G.J.C.M., Verheij H.J. 1997. Scour Manual: A.A. Balkema, Roterdam, Netherlands, 205p.

15)   Martin R. B. F. 1975. Scouring of Rocky River Beds by Free Jet SpillwayWater Power and Dams Construction. 53 p.

16)   Mason P.J. 1984. Erosion of Plunge Pools Downstream of Dams due to the Action of Free Trajectory Jets. Proc. Inst. Civil Engineers, I 76(5): 523-537.

17)   Mason P.J., Arumugam K. 1985. Free Jet Scour Below Dams and Flip Buckets. J. Hydraul. Eng., (ASCE), 111(2): 220-235.

18)   Rajaratnam N., Mazurek K.A. 2003. Erosion of sand by circular impinging water jets with small tailwater. J. Hydraul. Eng., (ASCE). 129 (3): 225-229.

19)   Schoklitsch A. 1935. Prevention of Scour and Energy Dissipation—Translated at the USBR, USA.

20)   US Bureau of Reclamation. 1987. Design of Small Dams. A Water Resources Technical Publication. United States Department of the Interior (USBR). Third Edition.

21)   VVeronese A. 1937. Erosioni de fondo a valle diuno scarico. Annali dei Lavori Publicci. 75 (9): 717-726.

22)     Vischer D.L., Hager W.H. 1995. Energy Dissipators. Hydraulic Structures Design Manual. No.9. A. A. Balkema. Rotterdam. The Netherlands. 208 p.