پایان نامه بررسی آزمایشگاهی برخی از پارامترهای هندسی هیدرولیكی بر روی حفره آبشستگی پایین دست

پایان نامه بررسی آزمایشگاهی برخی از پارامترهای هندسی هیدرولیكی بر روی حفره آبشستگی پایین دست

چكیده: 

در سال هی اخیر با افزایش روند رو به رشد احداث سدهای بلند و بالارفتن استاندارد ایمنی سدها علاقه عمومی مهندسین هیدرولیك نسبت به طراحی یك سیستم استهلاك انرژی اقتصادی و مطمئن در پایانه مجاری اصلی تخلیه سیلاب سدهای بلند،افزایش یافته است .استفاده از جت های پرتابی آزاد در سازه های پرتاب كننده جامی همراه با حوضچه استغراق وابسته،در صورت برقرای شرایط زمین شناسی و توپوگرافی مناسب ،مزایای اقتصادی و ایمنی قابل ملاحظه ای در مقایسه با سایر انواع سازه های استهلاك انرژی دارد.

مقدمه:  

بحث آبشستگی  هرچند قدمتی در حدود 150 سال در علم هیدرولیك دارد  ، لیكن بدلیل پیچیدگی های خاص آن مورد توجه محققان است ، زیرا این پدیده در رودخانه ها و همچنین در اطراف سازه های هیدرولیكی اساساً ممكن است  

به تغییرات زیادی در پیرامون آن ها منجر شود .در سال های پایانی قرن هیجدهم میلادی یك مهندس فرانسوی بنام دوبور پایه گذار آزمایش هایی شد كه آن آزمایش ها نام وی را به عنوان بنیا نگذار علم رسوب و آبشستگی در تاریخ هیدرولیك ثبت كرد . فعالیت های وی منجر به نوشتن كتاب  "  اصول هیدرولیك  "  گردید كه  جلد دوم این كتاب راجع  به  مسا ئل رسوب می باشد . پس از  وی مدتی این آزمایش ها به فراموشی سپرده شد . ولی باحدود دو و نیم قرن دانشمندان دیگری در این عرصه پا به میدان گذاردند ، كه نتایج تحقیقات آنان اثرات اساسی بر روی هیدرولیك رسوب و آبشستگی گذارده  است .  بعضی از این آثار  هم اكنون نیز مورد استفاده قرار می گیرند : از جمله این دانشمندان می توان به شیلذر    ( 1936 ) اشاره كرد . وی نخستین فردی بود كه بطور سیستما تیك آستانه حركت یا شروع حركت ذرات رسوبی را مورد مطالعه قرار داد .  وی با نموداری كه ارائه نمود ابزاری جهت استفاده طراحان فراهم آورد تا نسبت به پایداری كا نال های خاكی و رود خانه ها  اظهار نظر نمایند . در این بخش پس از  تعریف  آبشستگی و اشاره به مراحل مختلف آن  ،  به معرفی سرریز های جامی شكل و آبشستگی های پایین دست آن ها پرداخته می شود . اهداف تحقیق حاضر نیز در انتها مشخص می شود .

مراحل مختلف آبشستگی 

پدیده ی آبشستگی عموماً در هر كجا كه افزایش سرعت روی دهد بوقوع می پیوندد ، این افزایش سرعت می تواند ناشی از كاهش سطح مقطع جریان ، افزایش دبی ،  عبوری از مقطع  ، افزایش شیب و یا كاهش زبری بستر باشد . از آن جایی كه مكانیزم آبشستگی در مكان های مختلف می باشد لذا به دو دسته تقسیم بندی شده است :  

1  – مرحله ابتدایی  

2  – مرحله توسعه  

3  – مرحله تثبیت  

4  – مرحله تعادل  

سرریز های جامی شكل 

هر چند فكر استفاده از سرریز های جامی شكل به سال های دور برمی گردد ، ولی عملی شدن آن به صورت گسترده در دهه سی قرن حاضر میلادی و به دست اداره عمران  ایلات متحده  آمریكا صورت گرفت  ،  در سال های  1953  و 1354  آزمایشات متعددی روی مدل های آزمایشگاهی صورت گرفت به طوری كه بر اساس این مطالعات دامنه تغییراتابعاد جام پرتاب كننده ، عمق پایاب ، دبی عبوری ، ارتفاع ریزش و ... مورد بررسی قرار گرفت . اولین سدی كه درآن  از سرریز های جامی شكل استفاده گردید سد گراندكولیدر آمریكا بود .  

فهرست مطالب 

عنوان مطالب                                                                                                                                       شماره صفحه                                                                                                       

چكیده.........................................................................................................................................................................1   مقدمه..........................................................................................................................................................................2   

فصل اول : تعریف مسئله مورد بررسی و هدف از انجام پایان نامه                                  

1-1-   تعریف آبشستگی..........................................................................................................................................4   

1-2-   مراحل مختلف آبشستگی...........................................................................................................................4  

1- 3-  سرریز های جامی شكل..............................................................................................................................5 

1- 3- 1- اهمیت پرتاب كننده های جامی در استهلاك انرژی درسدهای بلند. .......................................6 

1- 3- 2-روش های استهلاك انرژی در سدهای بلند.......................................................................................6 

1- 3- 3- روش های استهلاك انرژی متمركز جریان آب................................................................................7 

1- 3- 4- استهلاك انرژی به كمك پخش جت.................................................................................................8 

1- 3- 5- انواع  سیستم های استهلاك انرژی ازدیدگاه استاندارداداره مهندسی ارتش............................9 

1- 3- 6- تقسیم بندی انواع مستهلك كننده های انرژی از دیدگاه گریشین..........................................10 

1- 3- 7- تقسیم بندی اداره عمران و آبادانی ایالات متحده........................................................................11 

1-3-8- تقسیم بندی مستهلك كننده های انرژی از دیدگاه میسون....................................................12

1- 3- 9- محدودیت استهلاك انرژی.................................................................................................................13 

1- 3- 10-  جمع بندی. .......................................................................................................................................15  

1- 3- 11- مشخصه های پرتاب كننده جامی و جت خروجی از آن...........................................................16 

1- 3- 11- 1- مقدمه.............................................................................................................................................16 

1- 3- 11- 2- پرتاب كننده ی جامی................................................................................................................16 

1- 3- 11- 3- جام یا قاشقك پرش اسكی........................................................................................................18 

1- 3- 11- 4- انواع جام........................................................................................................................................18 

1- 3- 11- 5- هندسه و خصوصیات هیدرولیكی جام....................................................................................21 

1- 3- 11- 6- ارتفاع قرار گیری جام پرتابی نسبت به سد............................................................................21 

1- 3- 11- 7- شعاع جام......................................................................................................................................22 

1- 3- 11- 8- چند نكته دیگر در طراحی جام ..............................................................................................24 

1- 4- فرسایش پایین دست سرریز های جامی شكل.....................................................................................25 

1- 5-  هدف از انجام پایان نامه...........................................................................................................................27 

فصل دوم : مروری بر مطالعات قبلی                                                                                

° 2- 1-  مقدمه. ..................................................................................................................................................29  

° 2- 2-  روابط مختلف برآورد حداكثر عمق آبشستگی .............................................................................30  

فصل سوم : تحلیل ابعادی                                                                                                   

3- 1-  مقدمه.. ..................................................................................................................................................47 

3- 2-  روش تحقیق استفاده شده در پایان نامه.........................................................................................47  

3- 3-  شناسایی عوامل موثر بر آبشستگی...................................................................................................47 

3- 4-  تحلیل ابعادی........................................................................................................................................49 

فصل چهارم : طراحی وساخت مدل آزمایشگاهی وچگونگی انجام آزمایشات                  

4- 1-  مقدمه. ...................................................................................................................................................54  

4- 2-  تشریح مشخصات تجهیزات آزمایشگاهی و كاربرد آنها و نحوه اندازه گیری............................54 

4- 2- 1- فلوم....................................................................................................................................................54 

4- 2- 2- سرریز جامی شكل..........................................................................................................................55 

4- 2- 3- روش اندازه گیری دبی...................................................................................................................58 

4- 2- 4- دستگاه ژرفاسنج نقطه ای.............................................................................................................59 

4- 2- 5- تنظیم ارتفاع سطح آب..................................................................................................................60 

4- 2- 6- تعیین مدت زمان آزمایش............................................................................................................61 

4- 2- 7- مخزن انجام آزمایشات...................................................................................................................62 

4- 2- 8- مصالح مورد استفاده در آزمایش..................................................................................................63  

4- 3-  شرایط هیدرولیكی جریان..................................................................................................................66 

4- 4-  انجام آزمایشات.....................................................................................................................................66 

4- 4- 1- مقدمه................................................................................................................................................66 

4- 4- 2- تشریح آزمایشات.............................................................................................................................66 

4- 5- 1- قطرهای مشخصه بستر..................................................................................................................69 

4- 5- 2- پایاب..................................................................................................................................................69 

4- 5- 3- دبی ...................................................................................................................................................69 

4- 5- 4- زمان...................................................................................................................................................69                                                                                                        

4- 5- 5- خروجی آزمایش ( ابعاد حفره آبشستگی ) ..............................................................................69 

4- 6- پارامترهای اندازه گیری شده و محدوده داده های برداشت شده..............................................71 

فصل پنجم : تجزیه و تحلیل نتایج آزمایشات

5- 1-  مقدمه. ...................................................................................................................................................75 

5- 2-  روش های تجزیه و تحلیل داده های آزمایشگاهی. .....................................................................75 

5- 3-  بررسی تغییرات پروفیل طولی حفره آبشستگی. ..........................................................................76 

5- 3- 1- حالت نرمال. ....................................................................................................................................76 

5- 3- 2- در حالت دندانه دار. ......................................................................................................................78 

5- 4-  بررسی تغییرات حداكثر عمق آبشستگی.......................................................................................81 

5- 4- 1- مقایسه نتایج مطالعات اخیر، با استفاده ی روابط ارائه شده توسط امانیان.......................86 

5- 5-  بررسی تغییرات حداكثر عرض حفره آبشستگی  ................................................................87  

5-6-  بررسی تغییرات عرض برآمدگی رسوبات ته نشین شده در پایین دست حفره در ......92

5-7-  بر رسی تغییرات فاصله نقطه ای كه در آن حداكثر عمق آبشـستگی رخ داده اسـت تـا نقطـه

شروع  پدیده آبشستگی .............................................................................................................96 

5-8-   بررسی تغییرات فاصله میان نقطه ای كه در آن حـداكثر عمـق آبشـستگی اتفـاق مـی افتـدونقطه ای كه درآن حداكثرارتفاع برآمدگی آبشستگی رخ می دهد  ....................... 101

5- 9-  تغییرات فاصله نقطه ابتدایی و نقطه انتهایی پدیده آبشستگی ...................106 

5- 10-  تجزیه و تحلیل آماری داده های آزمایشگاهی ........................................................................110 

5-10-1-در حالت نرمال ...........................................................................................................................110 

5- 10- 2-  در حالت دندانه دار روابط به شرح زیر می باشد  .............................................................117 

5-11-  تحلیل نتایج آزمایشگاهی ............................................................................................................122

فصل ششم :نتیجه گیری وپیشنهاد مطالعات آتی 

6-1- نتایج حاصل از مطالعات حاضر.......................................................................................................124 

6-2-ارائه پیشنهاد برای مطالعات آتی....................................................................................................127  منابع...................................................................................................................................................................128

منابع