Effect of Crest Height and Weir Length on Water Surface Profile in Curvilinear Weirs

Year 2025, Volume: 16 Issue: 1, 265 - 272

Eralp Öbek , M. Emin Emiroğlu

https://doi.org/10.24012/dumf.1621235

Abstract

Weirs are widely used structures in hydraulic engineering to control the flow of water, regulate the flow and make flow measurements. In this study, the water surface profile of the flow over the curvelinear weirs placed in the experimental channel was experimentally investigated by making precise measurements. For this purpose, five measurement points were determined in the upstream area of the weir, eleven measurement points in the weir crest and seven measurement points in the downstream area. The reading points allowed a more precise observation of the behavior of the flow in different regions and provided a comprehensive analysis of the water surface profile. The experimental studies aimed to determine the change in the water surface profile with the change in weir geometry under different flow conditions. According to the findings of the study, the change in weir length did not cause a significant change in the water surface profile. In addition, it was observed that the change in weir height created a curvilinear streamline in the water surface profile, which increased with the increase in weir height. In general, the curvilinearity of the water surface became more pronounced with the increase in the nap load with the increase in the flow rate.

Keywords

Water surface profile, Curvilinear weir, Streamline, Discharge

Eğrisel Savaklarda Kret Yüksekliğinin ve Savak Uzunluğunun Su Yüzü Profiline Etkisi

Abstract

Savaklar, hidrolik mühendisliğinde suyun akışını kontrol etmek, akımı düzenlemek ve debi ölçümleri yapmak amacıyla yaygın olarak kullanılan yapılardır. Bu çalışmada, deney kanalına yerleştirilen eğrisel savaklar üzerindeki akımın su yüzü profili, hassas ölçümler yapılarak deneysel olarak incelenmiştir. Bu amaçla, savak memba bölgesinde beş, savak kretinde on bir ve mansap bölgesinde yedi adet ölçüm noktası belirlenmiştir. Belirlenen okuma noktaları, akımın farklı bölgelerdeki davranışını daha hassas bir şekilde gözlemlemeye olanak tanımış ve su yüzü profilinin kapsamlı bir analizini sağlamıştır. Deneysel çalışmalar, farklı akım koşullarında, savak geometrisinin değişimi ile su yüzü profilindeki değişimi belirlemek amaçlanmıştır. Çalışmada elde edilen bulgulara göre, savak uzunluğundaki değişim su yüzü profilinde çok önemli bir değişikliğe neden olmamıştır. Ayrıca, savak yüksekliğindeki değişimin, su yüzü profilinde, savak yüksekliğinin artması ile birlikte artan eğrisel bir akım çizgisi oluşturduğu görülmüştür. Genel olarak, debinin artması ile birlikte nap yükündeki artışla su yüzünün eğriselliği daha belirgin hale gelmiştir.

Keywords

Su yüzü profili, Eğrisel savak, Akım çizgisi, Debi

References

• [1] N. S. Govinda Rao and D. Muralidhar, “Discharge characteristics of weirs of finite crest width,” Houille Blanche, no. 5, pp. 537–545, 1963.
• [2] W. H. Hager and M. Schwalt, ‘‘Broad-Crested Weir,’’ J.Irrigat. Eng. , vol. 120 no. 1, pp.13-26, 1994
• [3] A.H. Azimi, N. Rajaratnam, ‘‘Discharge characteristics of weirs of finite crest length,’’ J. Hydraul. Eng. , vol.135, no. 12, pp. 1081–1085, 2009.
• [4] N. G. Soydan Oksal, M. S. Akoz, and O. Simsek, “Experimental analysis of flow characteristics over hydrofoil weirs,” Flow Meas. Instrum. , vol. 79, 2021.
• [5] A.S. Ramamurthy, N.-D. Vo, ‘‘Characteristics of circular-crested weir,’’ J. Hydraul. Eng. , vol. 119, pp. 1055–1062, 1993.
• [6] E. D. Atlas, M. A. Kizilaslan, and E. Demirel, “Experimental investigation of turbulent flow upstream of the broad-crested weir,” Pamukkale Univ. J. Eng. Sci. , vol. 26, no. 3, pp. 455–461, 2020.
• [7] M. Ilkentapar, A. A. Oner, ‘‘Geniş Başlıklı Savak Etrafındaki Akımın İncelenmesi.’’ NÖHÜ Müh. Bilim. Derg. , vol. 6, no. 2, pp. 615–626, 2017.
• [8] O. Şimşek, M. S. Aköz and V. Gümüş, “Eğrisel Geniş Başlıklı Savak Üzerinden Geçen Açık Kanal Akımının Deneysel Ve Teorik Analizi,” Çukurova Üniversitesi Müh. Mim. Fak. Derg. , vol. 26, no. 2, pp. 47-55, 2011. [9] M. C. Yıldız and A. Yarar, “Geniş başlıklı savaklardaki̇ savak yüklerinin deneysel ve sayısal olarak modellenmesi̇,” Konya J. Eng. Sci. , vol. 8, no. 1, pp. 164–174, 2020,
• [10] B. S. Amruthur Ramamurthy, U. S. Tim, M. V J Rao, and A. Member, “Characteristcs of Square-Edged and Round-Nosed Broad-Crested Weirs,” J. Irrig. Drain. Eng., vol. 114, no. 1, pp. 61–73, 1988.
• [11] M. R. Madadi, A. Hosseinzadeh Dalir, and D. Farsadizadeh, “Investigation of flow characteristics above trapezoidal broad-crested weirs,” Flow Meas. Instrum., vol. 38, pp. 139–148, 2014.
• [12] E. Goodarzi, J. Farhoudi, and N. Shokri, “Flow characteristics of rectangular broad-crested weirs with sloped upstream face,” J. Hydrol. Hydromechanics, vol. 60, no. 2, pp. 87–100, 2012.
• [13] M.G. Bos, ‘‘Discharge Measurement Structures,’’ International Institute for Land Reclamation and Improvement, ILRI, Wageningen, The Netherlands, 1976.
• [14] E. Bahman, A. Kabiri-Samani, M.N. Moghim, ‘‘Discharge coefficient of hydrofoil weirs based on potential flow theory around a symmetric Joukowsky hydrofoil,’’ J. Hydraul. Res. , pp. 1–11, 2019.
• [15] U.S. Bureau of Reclamation (USBR), Design of Small Dams, U.S. Government Printing Office, Washington, DC, 1987.
• [16] ] U.S., Army Corps of engineers (USACE). Hydraulic Design of Spillways, U.S., Government Printing Office, Washington, DC, 1990.
• [17] S. Dönmez and R. Lekesiz, “Silindir Savaklar İçin Savak Katsayısı”, Pamukkale Üniversitesi Müh. Fak. Müh. Bilim. Derg. , pp. 85–90, 2002.
• [18] E. Afaridegan, N. Amanian, A. Parsaie, and A. Gharehbaghi, “Hydraulic investigation of modified semi-cylindrical weirs,” Flow Meas. Instrum., vol. 93, 2023.