بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله سرریزهاي لبه تخت با سه ارتفاع متفاوت در زاویه هاي 0 درجه - ابتداي پیچ - و 60 درجه از پیچ 90 درجه قرار داده شده اند. با اندازه گیري بار آبی در بالادست سرریز و در دست داشتن میزان دبی ورودي و با استفاده از معادله جریان بر روي سرریز هاي تخت ، ضریب دبی براي ارتفاع هاي مختلف و با دبی هاي ورودي مختلف محاسبه شده و نتایج به صورت نمودارهایی ارائه شده اند. نتایج به دست آمده نشان دهنده کاهش ضریب تخلیه جریان با افزایش ارتفاع سرریز در این زاویه از پیچ بوده است.
.1 مقدمه
احداث سرریز و سدهاي انحرافی در محدوده پیچ رودخانه ها در بعضی شرایط اجتناب ناپذیر است. فرسایش و رسوبگذاري و کارکردنامتعادل دریچه هاي آبگیر در طرفین رودخانه، مشکلاتی را در مراحل بهره برداري پدید می آورد. توزیع نامتقارن سرعت و بده جریان در عرض پیچ رودخانه و در طول تاج سرریز سبب غیر یکنواختی بار آبی در طرفین رودخانه و توزیع غیر یکنواخت جریان در آبگیرهاي ساحل چپ و راست رودخانه است. بررسی ها نشان می دهند که بر روي الگوي جریان در اطراف سرریز ها در پیچ مطالعات اندکی انجام گرفته است.
شکري - 1950 - به بررسی الگوي جریان در پیچ رودخانه با استفاده از مدل فیزیکی پرداخت،وي براي اولین بار با اندازه گیري جریان بوسیله لوله پیتوت، اثر مشخصات مختلف هندسی را بر شکل گیري جریان ثانویه در قوس با بستر ثابت و متحرك مورد تجزیه و تحلیل قرار داد.[
بررسی الگوي جریان در پیچ و توسعه آن را می توان منسوب به رزوفسکی - 1957 - دانست. وي به بررسی الگوي جریان و فرسایش در یک قوس90درجه ملایم پرداخت .[2] استروکسما و همکاران - - 1985 به بررسی تغییرات بستر در آبراهه هاي آبرفتی پرداختند
بلانکارت و والتر - - 2001 به بررسی الگوي جریان متوسط و آشفتگی در یک قوس 120 درجه پرداختند .[4] جانگ و یون - 2000 - با بررسی آزمایشگاهی خواص جریان و توپوگرافی بستر در کانال قوسی 180 درجه، براي بستر ثابت، ماسه اي و شنی قدرت جریان حلزونی را بدست آوردند
کلر - - 1989 مطالعاتی را بر روي مدل فیزیکی یک سرریز کرامپ ساخته شده با تاج شیبدار در مسیر مستقیم انجام داد .نتایج نشان داد که این سازه براي اندازه گیري دبی در نزدیکی پیچ رودخانه مناسب بوده ولی از کاربردآن در راستاي مستقیم باید اجتناب نمود.
اندازه گیري سرعت آب در بالادست سرریز لبه تخت در مسیر مستقیم بر اساس توصیه باس - 1964 - در فاصله 2 تا 4 برابر هد ماکزیمم و بر اساس توصیه ووبوبوتین - - 2002 موقعیت ایستگاه اندازه گیري را در فاصله 3 تا 4 برابر هد ماکزیمم در بالادست از محل سرریز پیشنهاد کرده است
عبداالله پور - 2010 - به مطالعه سرریزهاي لبه تیز با تاج افقی و شیبدار در زاوایاي مختلف یک پیچ نود درجه پرداخت. او به این نتیجه رسید که استقرار سرریز لبه تیز با تاج شیبدار در زاویه هاي 30 و 60 درجه نتایج بهتري را نسبت به سرریز لبه تیز با تاج افقی در بردارد.
سرریزهاي با تاج شیبدار در زوایاي مذکور باعث یکنواخت تر شدن و متقارن شدن توزیع عرضی سرعت و دبی واحد عرض شده است. او همچنین در زاویه هاي مختلف به بررسی محل مقطع کنترل براي این نوع سرریزها پرداخت. مطالعات او نشان دادند که محل مقطع کنترل در محدوده پیچ به صورت موازي با تاج سرریز در عرض پیچ نبوده و به صورت اریب و با زاویه مشخصی نسبت به تاج و در فاصله 2 تا 5 برابر بار آبی ماکزیمم در بالادست سرریز می باشد.
هدف از مطالعه حاضر بررسی تاثیر افزایش ارتفاع سرریز بر ضریب دبی جریان می باشد.
.2 مواد و روشها
مطالعات آزمایشگاهی تحقیق حاضر در آزمایشگاه هیدرولیک کاربردي گروه مهندسی آب دانشگاه ارومیه، انجام یافته است. کانال آزمایشگاهی موجود، یک کانال مستطیلی با پیچ 90 درجه می باشد. انحناي نسبی1 پیچ مورد نظر 3 می باشد. این کانال از یک بازه مستقیم به طول 9 متر در بالادست و یک بازه مستقیم در پایین دست به طول 6 متر تشکیل شده است که این دو بازه مستقیم توسط یک پیچ 90 درجه با شعاع انحناي مرکزي 3 متر به هم متصل شده اند. عمق کانال 60 سانتی متر و عرض آن 93 سانتیمتر می باشد. کانال از مصالح بتنی مسلح ساخته شده است. شکل - 1 - پلان و مشخصات فلوم بتنی 90 درجه را نشان می دهد.
به منظور قرائت تراز سطح آب وعمق جریان در آزمایشات از یک دستگاه عمق سنج نفطه اي مکانیکی2 با دقت 0/1 میلیمتر استفاده گردید.
جهت اندازه گیري دبی عبوري مدل از یک دستگاه دبی سنج صوتی3 با دقت ±2% استفاده شده است. شکل - 2 - یک نمونه اندازه گیري عمق در بالادست سرریز لبه تخت در مقطع کنترل را نشان می دهد.
شکل - 1 پلان و مشخصات فلوم بتنی 90 درجه
شکل-2 اندازه گیري عمق در بالادست سرریز لبه تخت اندازه گیري در مقطع کنترل
سرریزهایی که در آزمایشها مورد استفاده قرارگرفته شدند، سرریزهاي لبه تخت با تاج افقی بودند. براي ساخت سرریزها از مصالح چوب و پلکسی گلاس استفاده شد به طوري که مصالح مذکور در ابعاد مورد نظر برش داده شده و توسط چسب اکواریوم به هم چسبیده و آب بندي گردیدند.
اندازه گیري پارامترهاي جریان در سرریزها بایستی در مقطع کنترل صورت گیرد. مقطع کنترل در سرریزها جایی است که در آنجا رابطه معینی بین عمق و دبی وجود دارد. به طور تجربی این محل جایی است در بالادست سرریزها که در آنجا سطح آب شروع به افت می نماید. براي تعیین محل مقطع کنترل در سرریزها ملاك هاي وجود دارد از جمله : مقطع کنترل بایستی در بالادست سرریز باشد، با یستی قبل از افت سطح آب که تراز سطح آب در بالادست به ماکزیمم خود می رسد، باشد و با یستی سطح آب کاملا صاف باشد تا حداقل اثرات تلاطم در سطح آب وجود دشته باشد.
تاثیر شیب کانال در بالادست جریان وجود نداشته باشد.
در مسیر پیچ و در زوایاي مختلف قانون خاصی براي تعیین محل مقطع کنترل تا به حال گزارش نشده است. اندازه گیري ها در مقطع کنترل صورت می گیرد. ضوابط معینی براي تعیین مقطع کنترل وجود دارد که ذکر شد. براي تعیین محل مقطع کنترل پروفیل سطح آب در بالادست سرریز به صورت شبکه اي اندازه گیري شد. فاصله اي را که سطح آب شروع به افت کردن می نماید، به دست آمد. اندازه گیري ها را در آن فاصله در بالادست سرریز لبه تخت انجام شده است.
اندازه گیري عمق آب در پایین دست سرریز Hd در محل مقطع کنترل پایین دست می باشد. مقطع کنترل پایین دست وقتی مطرح است که بخواهیم جریان را با کنترل پایین دست مستغرق نماییم. در این حالت نیاز به اندازه گیري عمق آب در پایین دست سرریز داریم. اندازه گیریها در پایین دست معمولا در جایی صورت می گیرد که تلاطم ناشی از جهش هیدرولیکی در پایین دست سرریز تقریبا مستهلک شده باشد. در این حالت تراز سطح آب صاف و عمق آب یکنواخت شده و اندازه گیري عمق آب امکان پذیر می شود.
کنترل پایین دست در این آزمایشها به وسیله دریچه اي که در پایین دست فلوم نصب شده صورت گرفته است. در این آزمایشها این محدوده از طریق مشاهده با چشم براي هر یک از مقاطع مشخص شده و در هر مقطع ضابطه معین براي تعیین مقطع کنترل پیشنهاد شده است.
