Hydraulic Properties of Stepped Spillway

الموضوعات

علوم تطبيقية وتكنولوجية

الملخص

Stepped spillways have been used since antiquity. In the last few decades, many stepped spillways have been constructed all over the world. This popularity is due to the compatibility of stepped spillways with new innovative construction techniques, especially RCC (roller-compacted concrete) and gabions. Using these techniques leads to time and cost savings compared with conventional concrete spillways. Previous studies defined three flow regimes on stepped spillways: nappe, skimming, and transition, which lies between the former two. Many studies recommended avoiding the transition flow regime in the design of stepped spillways. If a stepped spillway is designed for the skimming flow regime, more cost savings are obtained than for the nappe flow regime. The design value of the critical flow depth per step height (yc/h) is recommended to be about 20% higher or lower than the values of yc/h at the onset of skimming or transition flow regime, respectively. Due to the increasing use of stepped spillways, many studies have been conducted to identify their hydraulic properties and develop design guidelines. Most of the experiments were carried out on flat steps. In the last decade, a few studies introduced new designs to increase the efficiency of stepped spillways and improve their hydraulic properties. This study aims to contribute to the development of new designs for stepped spillways, as well as to study previous designs. The studied designs are: RCC-gabion (hybrid) stepped spillways, steps with non-porous end sills, and steps with porous end sills, in addition to the conventional non-stepped and flat-step spillways. Hydraulic Properties of Stepped Spillways Hydraulic model experiments were conducted using twelve stepped spillway models as well as three non-stepped models for comparison purposes. These models were designed with three downstream slope angles, which are 25°, 35°, and 45°, with five models for each slope angle. Stepped models were manufactured with flat steps, which were modified to the mentioned designs after conducting the experiments on the flat cases. The results revealed better flow behavior for gabion steps than flat and pooled steps. The flow is more stable in the gabion stepped models, and the transition flow regime shows fewer instabilities. The energy dissipation rate is maximum for pooled steps filled with gabions for relatively low discharges. At high flow rates, little differences between the tested configurations were observed, with the highest dissipation rate for pooled steps with and without porosity. The end sills highly affect the flow regime type. Using end sills increases the range of the transition flow regime (by increasing the lower limit of skimming flow) as well as the instabilities that occur in this flow regime. Due to these instabilities, energy dissipation in pooled steps is higher than in flat steps. Porous end sills provide better flow behavior and higher energy dissipation in the nappe flow regime than non-porous end sills. Their effects decrease as the discharge increases. New empirical equations for calculating the limits of flow regime occurrence, energy dissipation rate, location of inception of air entrainment, and hydraulic jump subsequent depths relationship in two-phase flow have been developed.

روابط وملفات

التعريف والنوع

رقم الوثيقة

0d2d20d8-cc30-4fb9-9322-eaa470013d8d

رقم العقد

0

نوع الوسائط

Crawler

نوع المحتوى

الرسائل العلمية

صيغة المصدر

رسائل ماجيستير

نوع الملف

pdf text

أسماء الملفات

999714_1.pdf

بيانات النشر

ترجمة العنوان

الخصائص الهيدروليكة للمطفح المدرج

ألقاب المؤلفين

[{"name_ar":"سلام محمد علي جاسم","title_ar":"اعداد","title_en":"Preparation"},{"name_ar":"نجم عبيد سالم الغزالي","title_ar":"اشراف","title_en":"Supervision"}]

اللغة

English

المصدر والدورية

اسم المصدر

Hydraulic Properties of Stepped Spillway

المحتوى والصفحات

عدد الصفحات

0

ترجمة الملخص

أُستخدمت المطافح المدرجة في تشتيت طاقة الجريان منذ العصور القديمة، إضافةً إلى الاستخدامات الأخرى. في العقود القليلة الماضية، استعادت هذه المنشآت أهميتها حيث تم إنشاء العديد من المطافح المدرجة في مناطق مختلفة من العالم. شاع استخدام هذه المطافح نظرًا لتوافقها مع تقنيات الإنشاء الحديثة باستخدام الخرسانة المصبوبة بالحدل وأكياس الحصى، حيث إن استخدام هذه التقنيات يسمح بإنشاء المطافح من الخرسانة الاعتيادية. نظرًا لأهمية هذه المنشآت، فقد تم إجراء العديد من الدراسات لمعرفة الخواص الهيدروليكية وتوفير دليل تصميمي يستخدم في إنشائها، ومعظم هذه الدراسات كانت على المطافح ذات الدرجات الأفقية. خلال العقد الأخير، تم إنجاز عدد محدود من الدراسات التي تتضمن تصاميم جديدة لزيادة كفاءة المطافح المدرجة في تشتيت الطاقة إضافة إلى تحسين الخواص الهيدروليكية الأخرى. وضعت الدراسات السابقة ثلاثة أنظمة رئيسية للجريان، وهي: الجريان المتدرج، الجريان الانتقالي، والجريان الانسيابي. يتطلب الجريان المتدرج قياسات دقيقة للعمق والسرعة لتحديد انتقال الجريان من متدرج إلى انتقالي، ومن انتقالي إلى انسيابي على التوالي. تم تحديد نسبة 2% كنسبة أمان تطرح أو تضاف إلى القيمة التي ينتقل فيها الجريان بين هذه الحالات. إن تصميم المطافح المدرجة يهدف إلى الإسهام في تحسين كفاءة تشتيت الطاقة مقارنة بالدراسات السابقة. التصاميم المدروسة تشمل: المطافح ذات الدرجات غير المسامية. المطافح ذات الدرجات المسامية. المطافح ذات الدرجات المملوءة بأكياس الحصى للحالتين السابقتين. هذه التصاميم تضاف إلى التصاميم الاعتيادية المستخدمة لغرض المقارنة، وهي المطافح ذات الدرجات المستوية والمطافح غير المدرجة. تم صنع نماذج المطافح غير المدرجة بثلاثة زوايا هي (20°، 25°، 30°) وبعدد خمسة مطافح لكل زاوية. كما تم صنع نماذج المطافح المدرجة بدرجات مستوية وأُجريت عليها التجارب، ومن ثم تم تعديلها إلى الحالات المذكورة أعلاه. أظهرت النتائج سلوكًا جريانياً أفضل للمطافح ذات الدرجات المملوءة بأكياس الحصى، وكانت نسبة تشتيت الطاقة أعلى من المطافح الأخرى في التصاريف الصغيرة والمتوسطة ضمن الجريان المتدرج والتصاريف القريبة من بداية حدوث الجريان الانسيابي. يؤثر وضع الحافات بصورة كبيرة على نوع نظام الجريان، حيث يزيد استخدام الحافات نطاق الجريان ويزيد من عدم الاستقرارية في الجريان الانتقالي، ما يؤدي إلى نسبة تشتيت طاقة أعلى مقارنة بالدرجات المستوية. الحافات المسامية تؤدي إلى سلوك جريان ونسبة تشتيت طاقة أفضل في الجريان المتدرج من الحافات غير المسامية، ويقل تأثير المسامية بزيادة التصريف. تم تطوير عدد من المعادلات لحساب: نطاق أنظمة الجريان، نسبة تشتيت الطاقة، موقع نقطة دخول الجريان، وأعماق القفزة الهيدروليكية في الجريان ثنائي الطور.

كلمات الباحثين

Stepped spillways, Roller-compacted concrete (RCC) spillways, Gabion spillways, Porous and non-porous steps, Hydraulic properties, Flow regimes, Energy dissipation, Spillway design

إشراف وإعداد

الإشراف

نجم عبيد سالم الغزالي

الإعداد

سلام محمد علي جاسم

الاقتباسات الببليوغرافية