| تعداد نشریات | 282 |
| تعداد نشریات سازمان | 80 |
| تعداد شمارهها | 3,219 |
| تعداد مقالات | 35,690 |
| تعداد مشاهده مقاله | 53,560,074 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 92,840,484 |
بررسی آزمایشگاهی اندرکنش هیدرولیکی جریان و پدیده استهلاک انرژی در سازه شیبشکن قائم گابیونی | ||
| پژوهش های آبخیزداری | ||
| مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده، انتشار آنلاین از تاریخ 28 اسفند 1404 | ||
| نوع مقاله: پژوهشی | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.22092/wmrj.2026.371743.1653 | ||
| نویسندگان | ||
| کیوان کاظمی حسنوند1؛ حجت الله یونسی* 2؛ امیرحمزه حقی آبی3؛ رسول دانشفراز4؛ بابک شاهی نژاد1 | ||
| 1گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه لرستان | ||
| 2خرم آباد خیابان جلال آل احمد بالاتر از بهزیستی کوی اساتید ۴ | ||
| 3گروه مهندسی آب دانشگاه لرستان | ||
| 4گروه مهندسی عمران، دانشگاه مراغه | ||
| چکیده | ||
| چکیدۀ مبسوط مقدمه و هدف سازه شیبشکن قائم گابیونی بهعنوان یکی از سازههای نوین هیدرولیکی و همچنین به طور گسترده در عملیات مکانیکی و سازهای طرحهای آبخیزداری، ترکیبی از واحدهای توریسنگی نفوذپذیر است که با ایجاد اختلاف تراز هیدرولیکی میان بالادست و پاییندست، انرژی جنبشی سیال را مستهلک میکند. عبور جریان از حفرات متخلخل سازه، شدت تنشهای برشی بستر را کاهش و پیک دبیهای لحظهای را تعدیل میکند و در نتیجه نرخ فرسایش آبراههای کاهش مییابد. اهمیت این سازهها در بسترهای رودخانهای ناپایدار و محیطهای مستعد جریان فوق بحرانی، در ارتقای پایداری هیدرولیکی و زیستمحیطی سامانهها دوچندان است. پژوهش حاضر با رویکرد آزمایشگاهی، رفتار جریان در مواجهه با دو گونه سازهی گابیونی و صُلب را مقایسه و تفاوتهای کارکردی آنها در کاهش انرژی جریان، مدیریت سیلاب و مهار فرسایش موضعی تحلیل کرده است. مواد و روشها این پژوهش در آزمایشگاه هیدرولیک دانشگاه لرستان، در فلومی به طول 11 متر، عرض 6/0 متر و ارتفاع 5/0 متر انجام گرفت. بهمنظور تحلیل جامع رفتار هیدرولیکی، در مجموع تعداد ۶۰ آزمایش بر روی دو گونه سازهی شیبشکن قائم صُلب و گابیونی طراحی و اجرا گردید. در این آزمایشها سه ضخامت سازهای (Xg) معادل ۲۰، ۳۰ و ۴۰ سانتیمتر، در ترکیب با پنج دبی جریان معادل ۱۸، ۲۱، ۲۴، ۲۷ و ۳۰ لیتر بر ثانیه، برای نمونه شاهد مورد بررسی قرار گرفت. همچنین در نمونههای گابیونی، سه میزان تخلخل مؤثر معادل ۳۰، ۳۵ و ۴۰ درصد با بهرهگیری از سه دسته مصالح سنگریزه با ابعاد ریز، متوسط و درشت که بهترتیب دارای قطر میانگین (d50) برابر با ۲۱، 5/30 و ۴۲ میلیمتر بودند، به کار گرفته شد. لازم به ذکر است که در تمامی مدلها ارتفاع سازه در مقدار ثابت ۳۲ سانتیمتر نگهداشته شد تا شرایط مقایسهپذیری فراهم آید. تحلیل دادههای بهدستآمده نشان داد که در کلیه مدلها، میان پارامتر استهلاک انرژی جریان و عمق بحرانی نسبی رابطهای معکوس برقرار است؛ بهگونهای که با افزایش راندمان اتلاف انرژی، عمق بحرانی نسبی کاهش یافته و این روند در تمامی سناریوهای آزمایشی قابل مشاهده بود. نتایج و بحث یافتهها نشان داد که ترکیب شیبشکن با بستر گابیونی موجب افزایش چشمگیر اتلاف انرژی جریان شد؛ بهطوری که استفاده از گابیون حدود ۶۰ درصد راندمان استهلاک انرژی را نسبت به شیبشکن صُلب ارتقا داد. جریان عبوری از مدلهای گابیونی به دو حالت روگذر و درونگذر تفکیک شد که در حالت درونگذر، جریان شبهغیردارسی و غیرخطی از محیط متخلخل عبور میکرد و سهم اصلی اتلاف انرژی به این رژیم اختصاص دارد. همچنین، افزایش اندازه ذرات در هسته گابیون و عرض مؤثر این سازه موجب تقویت فرآیند استهلاک انرژی محخرب جریان سیلابی خواهد شد. در نهایت، مقادیر دبی روگذر و درونگذر برای تمامی حالتهای مورد آزمایش، محاسبه شده است. بر اساس این نتایج میتوان نرخ انتقال دبی جریان سیلابی از درون گابیون را تعیین کرد. با گذشت زمان و تله اندازی ذرات ریزتر در خلل و فُرج مصالح گابیون، دبی عبوری از روی سازه را می توان به آسانی محاسبه نمود که این موضوع مبنای ارزشمندی برای مدلسازی هیدرولیکی و طراحی بهینه سازههای مشابه میباشد. نتیجهگیری و پیشنهادها این پژوهش، اندرکنش هیدرولیکی جریان و اتلاف انرژی در دو گونه سازهی شیبشکن قائم ساده و گابیونی بهصورت آزمایشگاهی بررسی شد. نتایج نشان داد که گابیون با ایجاد محیطی متخلخل و نفوذپذیر، قادر است بهطور مستقل انرژی جریان را مستهلک کند و نیاز به سازههای الحاقی مانند حوضچههای آرامش و صفحات مشبک را کاهش دهد. همچنین، پارامترهایی نظیر اندازه ذرات سنگدانه، تخلخل گابیون و ضخامت سازه اثر قابل توجهی بر کارایی استهلاک انرژی و سهم دبیهای درونگذر و روگذر دارند. یافتهها حاکی است که استفاده از شیبشکن قائم گابیونی در پروژههای انتقال آب در مناطق شیبدار و کوهستانی، از نظر فنی و اقتصادی کارآمدتر و پایدارتر از نمونهی صُلب است. همچنین نتایج این پژوهش میتواند در بهینهسازی طراحی شیبشکنهای گابیونی در پروژههای آبخیزداری کاربردی باشد. | ||
| کلیدواژهها | ||
| شیبشکن قائم؛ استهلاک انرژی؛ عمق بحرانی؛ دبی درونگذر و روگذر؛ شیبشکن قائم ساده؛ شیبشکن گابیونی ساده | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| Laboratory investigation of hydraulic interaction of flow and energy dissipation phenomenon in vertical gabion drop structure | ||
| نویسندگان [English] | ||
| Keyvan Kazemi Hasanvand1؛ Hojjat Allah Yonesi2؛ Amirhamzeh Haghiabi3؛ Rasoul Daneshfaraz4؛ Babak Shahinejad1 | ||
| 1Water Engineering Department, Agriculture Faculty, Lorestan University | ||
| 2Water engineering. Department, Agriculture Faculty, Lorestan University | ||
| 3Water Engineering Department, Agricultural faculty, lorestan university | ||
| 4Department of Civil Engineering, University of Maragheh | ||
| چکیده [English] | ||
| Introduction and Goal The gabion vertical drop structure, as one of the modern hydraulic structures and also widely used in mechanical and structural operations of watershed management projects, is a combination of permeable rock mesh units that dissipates fluid kinetic energy by creating a hydraulic level difference between upstream and downstream. The passage of flow through the porous pores of the structure reduces the intensity of bed shear stresses and adjusts the peak instantaneous discharges, and as a result, the rate of channel erosion is reduced. The importance of these structures in unstable river beds and environments prone to supercritical flow is twofold in improving the hydraulic and environmental stability of the systems. The present study, using a laboratory approach, compared the flow behavior in the face of two types of gabion and solid structures and analyzed their functional differences in reducing flow energy, flood management, and local erosion control. Materials and Methods This research was conducted in the Hydraulic Laboratory of Lorestan University, in a flume with a length of 11 m, a width of 0.6 m, and a height of 0.5 m. In order to comprehensively analyze the hydraulic behavior, a total of 60 experiments were designed and conducted on two types of vertical slope-breaking structures: solid and gabion. In these experiments, three structural thicknesses (Xg) of 20, 30, and 40 cm were investigated in combination with five flow rates of 18, 21, 24, 27, and 30 liters per second for the control sample. Also, in the gabion samples, three effective porosity levels of 30, 35, and 40 percent were used, using three categories of gravel materials with fine, medium, and coarse dimensions, which had an average diameter (d50) of 21, 30.5, and 42 mm, respectively. It should be noted that in all models, the height of the structure was kept constant at 32 cm to provide comparability. Analysis of the obtained data showed that in all models, there is an inverse relationship between the flow energy dissipation parameter and the relative critical depth; such that with increasing energy dissipation efficiency, the relative critical depth decreases, and this trend was visible in all experimental scenarios. Results and Discussion The findings showed that the combination of the drop with the gabion bed significantly increased the energy dissipation of the flow; so that the use of gabions improved the energy dissipation efficiency by about 60% compared to the solid slope breaker. The flow passing through the gabion models was separated into two modes: overpass and throughpass. In the throughpass mode, the quasi-non-Darcy and nonlinear flow passed through the porous medium, and the main share of energy dissipation was allocated to this regime. Also, increasing the size of the gabion core particles and the effective width of the structure enhanced the energy dissipation process. Finally, the overpass and throughpass discharge values were calculated for all scenarios, which can be a valuable basis for hydraulic modeling and optimal design of similar structures. Conclusion and Suggestions This study investigated the hydraulic interaction of flow and energy dissipation in two types of vertical drop structures: simple and gabion. The results showed that gabion, by creating a porous and permeable environment, is able to independently dissipate flow energy and reduce the need for additional structures such as stilling basins and mesh plates. Also, parameters such as aggregate particle size, gabion porosity, and structure thickness have a significant effect on energy dissipation efficiency and the share of inflow and outflow flows. The findings indicate that the use of vertical gabion drop in water transfer projects in steep and mountainous areas is technically and economically more efficient and sustainable than the solid model. The results of this study can also be applied in optimizing the design of gabion drop in watershed management projects. | ||
| کلیدواژهها [English] | ||
| Vertical drop, energy dissipation, critical depth, inflow and overpass discharge, vertical simple drop, vertical gabion drop | ||
| مراجع | ||
|
| ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 244 |
||