بررسي تأثير عمق پاياب بر مشخصه‌هاي هيدروليكي و رژيم‌هاي جريان در پايين‌دست سرريزهاي هيدروفويل

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

عمران

كارشناسي ارشد

سرريزها يكي از مهم‌ترين اجزاي سازه‌هاي هيدروليكي به‌شمار مي‌روند كه با كنترل سطح آب، كاهش خطر سيلاب و حفاظت از سازه‌هاي آبي، نقش مهمي در مديريت منابع آب ايفا مي‌كنند. تحقيق درباره سرريزها، به‌ويژه سرريزهاي هيدروفويل، به‌دليل نقش مهم آن‌ها در مديريت منابع آب و مهندسي هيدروليك، حائز اهميت است. سرريزهاي هيدروفويل، كه بر اساس اصول آيروديناميكي طراحي مي‌شوند، قادر به كنترل انرژي جنبشي جريان عبوري هستند و از تلاطم جريان و فرسايش بستر پايين‌دست جلوگيري مي‌كنند. تاكنون در برخي از مطالعات انجام‌شده به بررسي مشخصه‌هاي هيدروليكي جريان در سرريزهاي هيدروفويل با تغيير پارامترهاي مختلف نظير؛ خروج از مركزيت نسبي، زاويه حمله، خميدگي و شيب وجه بالادست پرداخته ‌شده ‌است. در برخي از تحقيقات پيشين نيز رژيم‌هاي جريان در سرريزها، شيب‌شكن‌ها و ساير سازه‌هاي هيدروليكي بررسي ‌شده‌ است. ليكن تاكنون تأثير تغييرات عمق پاياب بر مشخصه‌هاي هيدروليكي جريان و نيز امكان شكل‌گيري رژيم‌هاي مختلف جريان در پايين‌دست سرريزهاي هيدروفويل مورد ارزيابي قرار نگرفته ‌است. با توجه به عملكرد مناسب سرريزهاي هيدروفويل، در تحقيق حاضر در ادامه مطالعات پيشين به بررسي تأثير عمق پاياب و استغراق سرريز بر مشخصه‌‌هاي هيدروليكي و رژيم‌هاي جريان در پايين‌دست سرريزهاي هيدروفويل پرداخته مي‌شود. ضمناً ويژگي‌هاي رژيم‌هاي جريان و مشخصات پرش هيدروليكي در پايين‌دست اين نوع سرريزها، ويژگي‌هاي هيدروليكي جريان براي عمق‌هاي پاياب كمتر و بيشتر از حد آستانه استغراق بررسي مي‌شود. آزمايش‌ها در هشت مرحله مختلف با افزايش تدريجي عمق جريان پايين‌دست انجام گرديد و تغييرات رژيم‌هاي جريان در هر مرحله ثبت و بررسي شد. 9 مدل سرريز هيدروفويل با ابعاد و ويژگي‌هاي هندسي مختلف مورد استفاده قرار گرفت. در هر آزمايش، عمق پاياب با تنظيم يك سرريز مستطيلي لبه‌تيز افزايش داده مي‌شد و رژيم جريان در نقاط مختلف ثبت مي‌شد. در مراحل بعدي، تغييرات عمق پاياب كاهش داده مي‌شد تا تأثيرات آن بررسي گردد. رژيم‌هاي جريان در پايين‌دست سرريزهاي هيدروفويل به سه دسته اصلي تقسيم مي‌شوند: جريان آزاد (كه شامل انواع مختلف پرش‌هاي هيدروليكي است)، جريان مستغرق (كه شامل پرش‌هاي هيدروليكي ناقص و مستغرق مي‌شود) و جريان سطحي (كه به زيررژيم‌هاي موج حبابي، موج سطحي و جت سطحي تقسيم مي‌شود). طول ناحيه پرش بستگي به شدت تلاطم جريان دارد و مي‌تواند بين 6 تا 10 برابر عمق پاياب متغير باشد. تغيير رژيم جريان از سطحي به مستغرق و از مستغرق به آزاد در ترازهاي پايين‌تري رخ مي‌دهد. اين تحقيق نشان داد كه افزايش دبي جريان باعث افزايش مقادير t1 و t2 در هر دو حالت افزايش و كاهش عمق پاياب مي‌شود. به‌عنوان مثال، در مدل شماره 1 و دبي 10 ليتر بر ثانيه، t2r برابر با 4/3- و t2f برابر با 9/1- بود. اين نتايج به درك دقيق‌تر از رفتار هيدروليكي جريان در پايين‌دست سرريزهاي هيدروفويل كمك مي‌كند. در اين تحقيق، مشخص شد كه آستانه استغراق سرريز نه تنها به نسبت هد بالادست به ارتفاع سرريز (hu/P) وابسته است، بلكه به پارامتر Fu نيز بستگي دارد. اين رابطه در بازه 6/1 ≥ hu/P≥ 2/0 و 45/0 ≥ Fu ≥ 1/0 كاربرد دارد. و نتايج حاكي از آن است كه رابطه‌ي ارائه‌شده در اين مطالعه نسبت به ساير روابط موجود از خطاي كمتر و ضريب همبستگي بالاتري برخوردار است. براي در نظر گرفتن تأثير سطح آب بالادست بر تاج سرريز، پارامترهاي S وFu* با استفاده از مفهوم تشابه ناقص و تركيب آنها به‌صورت پارامتر t/Yc تعريف شدند. اين تركيب جديد نتايج بهتري در توصيف ضريب كاهش دبي ارائه داد، به‌گونه‌اي كه با افزايش مقدار t/Yc ، مقدار Cs كاهش مي‌يابد. براي پيش‌بيني دقيق رفتار جريان مستغرق رابطه اي در بازه 45/1 ≥ t/Yc ≥ 7/0 ارائه شد كه نتايج حاكي از آن است كه رابطه‌ي ارائه‌شده در اين مطالعه خطاي كمتري داشته و ضريب همبستگي بالاتري نسبت به ساير روابط ارائه‌ شده دارد.

233297

مهندسي آب و سازه هاي هيدروليكي

مهندسي عمران

دانشگاه صنعتي اصفهان