بررسی آزمایشگاهی و عددی تاثیر دیواره‌های مستغرق بر راندمان تله‌‏اندازی رسوب در حوضچه‌های رسوبگیر بندهای انحرافی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی آب، دانشکده مهندسی زراعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران.

2 عضو هیئت علمی دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری

3 علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری

10.22069/jwsc.2020.17721.3324

چکیده

سابقه و هدف: یکی از قسمت‏های مهم و اساسی در مجموعه سازه‏ های انتقال آب، حوضچه‏ های رسوبگیر در شبکه‏ های انتقال آب است. حوضچه‏ های رسوبگیر از جمله سازه‏ های ضروری است که به‏ منظور جدا کردن رسوبات همراه جریان ورودی، بعد از آبگیر و ابتدای کانال‏های انتقال آب احداث می‏شوند. از آنجایی که وجود بیش از حد رسوبات به ‏خصوص برای مصارف کشاورزی و پرورش آبزیان مضر است و باعث کاهش کارایی در بهره ‏وری محصولات مرتبط می‏گردد، اهمیت این سازه ‏ها بیشتر می‏شود.
مواد و روش: در پژوهش حاضر تاثیر قرارگیری دیواره عمود بر مسیر جریان در حوضچه رسوبگیر بر روی راندمان تله ‏اندازی رسوب، در دو حالت دیواره‏دار و ساده (بدون دیواره یا شاهد)، مورد بررسی قرار گرفت. به همین منظور، 5 مدل فیزیکی حوضچه رسوبگیر در حالت‏های ساده (بدون دیواره یا شاهد) و دیواره ‏دار، با نسبت‏های ارتفاعی یک‌سوم و یک‌دوم نسبت به ارتفاع حوضچه رسوبگیر، و با تعداد سه و پنج دیواره از جنس پلاستیک فشرده ساخته شد. آزمایش‏ها با وارد نمودن ذرات رسوب با دانه ‏بندی ثابت کمتر از 0/1 میلی‏متر و وزن ثابت 2/8 کیلوگرم در یک کانال مستطیل ‌شکل از جنس بتن در آزمایشگاه هیدرولیک دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری انجام شد. پس از اتمام آزمایش بر روی هر یک از مدل‏ها، میزان رسوبات ترسیب شده جمع‏آوری گشته و سپس خشک و توزین شد. در این آزمایش‏ها تعداد و ارتفاع دیواره ‏های قرار داده شده در حوضچه رسوبگیر تغییر و تاثیر آنها بر میزان راندمان تله‏ اندازی مورد بررسی قرار گرفت. در پایان نتایج بدست آمده از آزمایشات، به‏ کمک مدل عددی به ‏وسیله نرم‏ افزار FLUENT و به کمک آزمون آماری با کمک نرم‏ افزار SPSS، مورد راستی‌‌آزمایی قرار گرفت.
یافته‏ها: نتایج آزمایشگاهی نشان دادند که وجود دیواره‏ ها در مسیر عبور جریان در حوضچه رسوبگیر باعث افزایش معنی‌دار میزان تله ‏اندازی رسوب شد. افزایش تعداد دیواره‏ ها از سه به پنج دیواره، به‏ ترتیب در نسبت‏های ارتفاعی یک‌سوم و یک‌دوم نسبت به ارتفاع حوضچه رسوبگیر، سبب افزایش 5/9 و 7/65 درصدی بر میزان تله ‏اندازی رسوب نسبت به حالت بدون دیواره (شاهد) شده است. همچنین نتایج این پژوهش نشان داد که اثر هم‏زمان هر دو پارامتر ارتفاع و تعداد دیواره سبب افزایش 10 الی 27 درصدی روی راندمان تله‏ اندازی رسوبات شده است. نتایج آماری حاکی از وجود تفاوت معنی‏ دار میان وجود و عدم وجود دیواره بر میزان راندمان تله اندازی بوده است. نتایج شبیه‌سازی عددی نیز بیان کننده تاثیر وجود دیواره ‏ها بر تغییر الگوی جریان است و نشان می‏دهد که افزایش تعداد دیواره‏ ها سبب افزایش میزان رسوبگذاری در حوضچه رسوبگیر شده است.
نتیجه‏ گیری: به طور‏کلی می‏توان نتیجه گرفت استفاده از دیواره در مسیر عبور جریان حاوی رسوب از حوضچه رسوبگیر، سبب کاهش تلاطم جریان ورودی و کاهش سرعت جریان در حوضچه می‏شود. می‏توان بیان کرد که افزایش طول مسیر جریان و پخش رسوبات ورودی در عرض حوضچه سبب افزایش میزان ترسیب و راندمان تله‏ اندازی می‏گردد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Experimental and numerical investigation of the effect of submerged walls on sediment trapping efficiency in settling basins of diversion dams

نویسندگان [English]

  • ALI KESHAVARZ 1
  • Ramin Fazloula 2
  • Alireza Emadi 3
1 Dept. of Water Engineering, Agricultural Eng. College, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University, Sari, Iran.
2 Faculty Member of Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University
3 Dept. of Water Engineering, Agricultural Eng. College, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University, Sari, Iran.
چکیده [English]

Background and objectives: One of the most important and essential parts in the set of water transfer structures is settling basin in water transfer networks. Settling basins are among the essential structures that are constructed to separate sediments along the inflow, after the reservoir and at the beginning of water transfer canals. Since the presence of excess sediments is especially harmful for agriculture and aquaculture and reduces the efficiency of related productivity, the importance of these structures increases.
Materials and methods: In the present study, the effect of placing a wall perpendicular to the flow path in the settling basin on the sediment trapping efficiency, in both walled and plain modes (without wall or control), was investigated. For this purpose, 5 physical models of sediment basins in simple (without wall or control) and walled, with height ratios of 1/3 and 1/2 to the height of the sediment basin, and with three and five walls of the compressed plastic material were made. Experiments were conducted by entering sediment particles with diameter less than 0.1mm and constant mass of 2.8kg into the rectangular concrete canal in the hydraulics laboratory of Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University. After ending of each experiment on models the deposited sediments were collected, dried and finally weighed. In these experiments, the number and height of walls placed in the settling basin changed and their effect on the efficiency of trapping was investigated. At the end, the results of the experiments were verified using a numerical model using FLUENT software and a statistical test using SPSS software.
Results: Experimental results showed that the presence of walls in the flow path in the settling basin significantly increased the sediment trapping rate. Increasing the number of walls from three to five, in the ratios of heights 1/3 and 1/2 to the settling basin wall, causes an increase of 5.9 and 7.65 percent on sediment trapping efficiency, respectively. The results of this study also showed that the simultaneous effect of both height parameters and the number of walls caused a 10 to 27% increase in sediment trapping efficiency. Statistical results showed a significant difference between the presence and absence of a wall on the efficiency of trapping. The results of numerical simulation also show the effect of the presence of walls on changing the flow pattern and show that increasing the number of walls has increased the amount of sediment in the settling basin.
Conclusion: In general, it can be concluded that the use of the wall in the passage of the stream containing sediment from the settling basin, reduces the turbulence of the inlet flow and reduces the flow velocity in the basin. It can be stated that increasing the length of the flow path and spreading the incoming sediments across the pond increases the amount of settling and trapping efficiency.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Wall-mounted settling basin
  • Sediment trapping efficiency
  • Sedimentation