Numerical simulation of free flow over Gabion crump weirs

محورهای موضوعی : Irrigation and Drainage

محمد توکل صدرآبادی ¹ (فارق التحصیل کارشناسی ارشد عمران آب و سازه هیدرولیک-دانشکده علوم اب-دانشگاه شهید چمران اهواز)
منوچر فتحی مقدم ² (گروه سازه های آبی، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران.)
رضا محمدپور ³ (واحد استهبان، دانشگاه آزاد اسلامی، استهبان، ایران.)

تاریخ دریافت : 1395/03/30 تاریخ پذیرش : 1395/07/19 تاریخ انتشار : 1395/03/12

کلید واژه: discharge coefficient, Numerical simulation, ضریب دبی, gabion crump weirs, through flow discharge, تفکیک جریان روگذر و درون‌گذر, سرریز گابیونی کرامپ و شبیه‌سازی عددی,

چکیده مقاله :

Environmentally friendly nature and the direct impact of gabion weirs on the quality parameters of rivers as well as simple design and construction of such structures, has putted them under consideration in the recent years. In this research, Hydraulic parameters of gabion crump weirs including water surface profile, discharge coefficient and through flow discharge are investigated numerically in free flow condition using flow-3d software. A total number of 18 models comprising 6 different geometries studied in 3 different porosities of 43%,44% an 46%. Results indicate that increasing the average diameter of particles (d50) leads to the increase of through flow discharge in addition to discharge coefficient and friction loss. Also increasing the side slopes of weirs, decreases the discharge coefficient and through flow discharge. In addition, it is shown that the downstream slope has a slightly larger effect on discharge coefficient where upstream slope’s effect on through flow discharge is higher. Finally, using multivariate non-linear regression analysis, experimental equations were developed in order to estimate the discharge coefficient and the through flow discharge.

چکیده انگلیسی:

سرریزهای گابیونی به دلیل سازگاری با محیط زیست و تأثیر مستقیم بر پارامترهای کیفی رودخانه و از طرفی در دسترس بودن و سادگی اجرا و طراحی، طی سال های اخیر مورد توجه قرار گرفته اند. در این تحقیق پارامتر های هیدرولیکی سرریز گابیونی کرامپ با حالت جریان آزاد شامل ضریب دبی، پروفیل سطح آب و حجم دبی درون‎گذر از محیط متخلخل به صورت عددی با استفاده از مدل سه بعدی Flow 3D بررسی شده اند. در این تحقیق در مجموع 18 مدل مختلف شامل 6 هندسه ی مختلف سرریز با سه تخلخل مختلف مصالح (43، 44 و 46 درصد) مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان می دهد که افزایش قطر ذرات به افزایش همزمان دبی درون‎گذر، ضریب دبی جریان و در نتیجه افزایش افت منجر می شود. همچنین اینکه افزایش زوایای خارجی بالادست و پایین دست سرریز باعث کاهش ضریب دبی و نیز دبی درون‎گذر خواهد شد. به علاوه اینکه مشخص شد که تاثیر تغییرات شیب پایین دست  بر ضریب دبی و شیب بالادست بر دبی درون‎گذر بیشتر است. در انتها با استفاده از رگرسیون غیر خطی چند متغیره روابطی تجربی برای محاسبه ضرایب دبی و دبی درون‎ گذر از این سرریزها ارائه شده است.

منابع و مأخذ:

حمزئی، م.، جوان، م.، اقبال زاده، ا. (1392). بررسی اثر شیب وجوه بالادست و پایین دست سرریز لبه پهن بر مشخصات جریان با استفاده از نرم افزار فلوئنت. مجله پژوهشهای حفاظت آب و خاک.، جلد بیستم، شماره دوم.

قمشی، م. و امامقلی زاده، ص. (1389) . مکانیک سیالات و هیدرولیک، چاپ اول، دانشگاه شهید چمران اهواز.

مرادی، م. (1394). بررسی آزمایشگاهی هیدرولیک جریان سرریزهای لبه پهن گابیونی، پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه شهید چمران اهواز، دانشکده علوم آب.

Ansar, M., and Gonzalez-Castro, J. A.(2003). Submerged weir flow at prototype gated spillways. Proc., World Water Congress, ASCE, Reston,Va.

Azimi, A. H., Rajaratnam, N., Zhu, D. Z. (2013).  Discharge Characteristics of Weirs of Finite Crest Length with Upstream and Downstream Ramps.  Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 139, 1.

Göğüş, M., Defne, Z., and Özkandemir, V. (2006). Broad-crested weirs with rectangular compound cross sections. Journal of Irrigation and Drainage Engineering., 132, 3, pp: 272–280.

Hager, W. H., and Schwalt, M. (1994). Broad-crested weir. Journal of Irrigation and Drainage Engineering., 120, 1, pp: 13–26.

Keller, R. J. (1989). SLOPING CREST CRUMP WEIR. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 115, 2, pp: 1-11

 Kells, J. A. (1993). Spatially varied flow over rock fill embankments. Can. J. Civ. Eng., 20, pp: 820–827.

Kells, J. A. (1994). Reply on discussion of spatially varied flow over rock fill embankments. Can. J. Civ. Eng, 21, pp: 163–166.

Li, B., and Garga, V. K. (1998). Theoretical solution for seepage flow in overtopped rock fill. J. Hydraul. Eng., 124, 2, pp: 213–217.

Michioku, K., Maeno, S., Furusawa, T., and Haneda, M. (2005). Discharge through a permeable rubble mound weir,  J. Hydr. Eng., 131, 1, pp: 1–10.

Mohamed, H. I. (2010). Flow over gabion weirs, Journal of Irrigation and Drainage Engineering. 136, 8, pp: 573–577.

Mohammadpour, R., Ghani, A. A. and Azamathulla, H. M. (2013). Numerical modeling of 3-D flow on porous broad crested weirs. Applied Mathematical Modelling, 37, 22, pp: 9324-9337

Sargison, J. E., and Percy, A. (2009). Hydraulics of broad-crested weirs with varying side slopes. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 135, 1, pp: 115-118.