بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق اثر بالا آمدن بستردر قسمت بالا دست سرریز اوجی بر مشخصات جریان شامل نیمرخ سطح آب و ضریب دبی جریان بررسی شده است. بدین منظور چهار سرریز اوجی متفاوت با شیب وجه بالادست قائم، یک افقی: سه عمودی، دو افقی: سه عمودی و سه افقی: سه عمودی و با ارتاع 30 سانتی متر مورد آزمایش قرار گرفت برای شبیه سازی ته نشینی رسوبات در پشت سرریز اوجی کف حوضچه پشت سرریز اوجی بالا آورده شد. نتایج نشان داد با بالا آمدن بستر پشت سرریز اوجی عمق آب و افزایش مییابد. تغییر باعث کاهش ضریب دبی سرریز میشود. به گونه ای که مقدار این پارامتر از 2/42 در حالت اولیه - شرایط بدون بالا آمدن کف - به 1/96 در حالت پر بودن مخزن کاهش یافته است.
مقدمه
برای عبور آبهای اضافی و سیلابها از سراب به پایاب سدها از سازهای به نام سرریز استفاده میشود. معمول ترین و در عین حال ارزان ترین سرریزی که توانایی عبور مقدار زیادی آب از روی خود را دارد. سرریز اوجی است. این سرریزها اغلب در سرریزهای انحرافی به دلیل راندمان هیدرولیکی زیاد استفاده میشوند - شوشتری. - 1387 زمانی که این گونه سرریز به خوبی طراحی و احداث شود. میتواند جریان را به طور مؤثرعبور دهد و نیز امکان اندازه گیری دقیق جریان را فراهم میکند. به همین دلیل از آن به عنوان یک سازه اندازه گیری نیز استفاده میکنند - USBR 1973 و . - 1988 USACEu در ارتفاعهای کمتر از ارتفاع طراحی سرریز به دلیل مقاومت تاج در مقابل جریان کاهش مییابد و در ارتفاعهای بیشتر از ارتفاع طراحی، دبی عبوری افزایش یافته و در این حالت بایستی توجه خاصی به مسئله کاویتاسیون شود، زیرا ممکن استموجب تولید فشار کمتر از فشار بخار شود - ابریشمی، . - 1385 همچنین در چنین مواقعی جریان فوق بحرانی است و انرژی جنبشی زیادی دارد. برای اینکه این انرژی جنبشی مخرب از آب گرفته شود، حوضچههای آرامش در انتهای سرریز اوجی به کار گرفته میشوند. این نوع سرریزها شامل چهار قسمت: وجه بالادست، تاج سرریز، وجه پایین دست و پنجه سرریز است.نیمرخ تاج همانند مسیر سطح زیرین سفره آب از روی یک سرریز لبهتیز با ارتفاع تاجی برابر ارتفاع سرریز روگذر در حالت جریان آزاد است - شوشتری، . - 1387 در شکل 1 شمای کلی یک سرریز اوجی و قسمتهای مختلف آن نشان داده شده است. با ورود جریان رودخانه به مخازن یا پشت سرریزها، عمق جریان، افزایش و سرعت جریان کاهش مییابد. این تغییرات باعث ایجاد افت در ظرفیت انتقال جریان و ته نشینی رسوبات حمل شده توسط جریان رودخانه میشود. رسوبات حمل شده به داخل مخزن ممکن است در سرتاسر طول آن ته نشین شود و مشکلاتی از جمله کاهش ظرفیت مخزن، افزایش عمق جریان در بالادست و درنتیجه سرریز آب به زمینهای مجاور و باتلاقیشدن آنها، افزایش سرعت جریان در پائین دست و لزوم حفاظت بستر در پائین دست و غیره را ایجاد کنند. اغلب طراحان سرریز سدها را بر اساس شرایط بدون رسوب طراحی میکنند و اثر پدیده رسوب گذاری در پشت سرریز را در نظر نمیگیرند. حال آنکه بیشتر رودخانهها مقادیر زیادی بار رسوبی دارند و سدها و مخازنی که در مسیر این رودخانه ها احداث میشود. پس از مدتی با این رسوبات پر میشود و پارامترهای طراحی از مقایر استاندارد منحرف میشوند و عملکرد آنها نسبت به زمان احداث تغییر خواهد کرد. به طور کلی اثرات زیان باراین پدیده شامل کاهش پایداری سد یا سرریز، کاهش میزان جریان عبوری، آسیب دیدگی تأسیسات خروجی مانند دریچهها است - دستورانی، - 1386 مطالعات زیادی در زمینه شکل سرریزهای اوجی شده و روشهای متفاوتی ارائه شده است که بستگی به ارتفاع نسبی و شیب وجه بالادست سرریز دارد بیشتر اطلاعات در خصوص شکل سرریزهای اوجی برگرفته از مطالعات روی مدلهای فیزیکی است و این مطالعات را USBR و USACE انجام داده اند. برای اطلاع در مورد معیارهای طراحی سرریزهای اوجی می توان به منابعی مانند . - 1990 - USACE مینورد - 1985 - ، مورفی - 1977 - و چاو - 1959 - رجوع کرد. تاکنون مطالعات زیادی در زمینه رسوب گذاری در مخازن سدها انجام شده است. بیشتر این مطالعات مربوط به چگونگی تخمین توزیع رسوبات ته نشین شده در مخازن میباشد و مطالعه خاصی به اثر ته نشینی رسوبات برمشخصات جریان در بالادست و پایین دست مخازن و یا سرریزها و اینکه این رسوبات ته نشین شده تا چه اندازه میتوانند روی این مشخصات تأثیر گذار باشد انجام نشده است. با توجه به این که اکثر طراحان این گونه سرریزها اثر ته نشینی رسوبات را در بالادست سرریز در نظرنمیگیرند، هدف اصلی از انجام این تحقیق بررسی تأثیر ارتفاع بالا آمدن بستر بالا دست سرریز - ته نشینی رسوبات - بر مشخصات جریان در بالادست و پائین دست سرریزهای اوجی و همچنین میزان این تغییرات است.
مواد و روشها
تئوری جریان
به طور کلی پارامترهای مؤثر بر جریان روی سرریزهای اوجی به صورت معادله 1 است
که در این معادله q دبی در عرض واحد، g شتاب ثقل، H بار جریان در بالادست، جرم مخصوص سیال، لزجت دینامیکی سیال، کشش سطحی سیال، شیب وجه بالادست سرریز، Z ارتفاع رسوبات در بالادست سرریز می باشند. با استفاده از اصول تحلیل ابعادی - باکینگهام - معادله 2 برای دبی در عرض جریان روی سرریز بدست میآید:
از طرفی، دبی جریان روی سرریز به صورت معادله 3 تعریف میشود:
که C ضریب جریان است. در نتیجه میتوان معادله 4 را برای ضریب دبی جریان ارائه داد:
