بخشی از مقاله
خلاصه
یکی از پارامترهای مهم در طراحی سرریز در سدها، محاسبه ضریب تخلیه آن در شرایط مختلف هیدرولیکی می باشد که با مدل فیزیکی تدقیق می شود. در مطالعه حاضر تاثیر نصب پایه بر ضریب تخلیه و منحنی دبی - اشل مدل فیزیکی سرریز سد ژاوه مورد بررسی قرار گرفت. آزمایشات در شرایط حضور پایه و عدم حضور آن انجام شد . نتایج نشان داد که حضور پایه تاثیر مثبت بر ضریب تخلیه سرریز در شرایط مختلف عملکردی دارد. همچنین با ایجاد حدود 3 درصد انسداد - نصب پایه - در عرض سرریز، حدود 3 درصد اشل سرریز در دبی های بالا افزایش می یابد.
-1 مقدمه
وظیفه سرریزها، کنترل و تنظیم دبی خروجی از دریاچه سد به طرف پایاب میباشد. طرح مناسب آستانه سرریز موجب توزیع یکنواخت جریان ورودی به تنداب، افزایش ظرفیت آبگذری سرریز، کاهش طول آستانه سرریز و کاهش هزینه های اجرایی میگردد. جهت بالابردن راندمان تخلیه سیلاب، غالبا پروفیل آستانه سرریز بگونه ای طراحی می شود که خطوط جریانی که از روی سرریز لبه تیز ریزش میکند، منطبق بر آن باشد. در چنین شرایطی فشار منفی و پدیده کاویتاسیون روی سرریز رخ نخواهد داد
در طراحی آستانه سرریز بازای دبی های کمتر از دبی طراحی، فشار روی سرریز مثبت بوده و ضریب آبگذری کاهش نشان میدهد و بازای دبی های بیشتر از دبی طراحی فشار روی سطح سرریز کم و ضریب آبگذری افزایش مییابد - USBR, 1987 - ظرفیت آبگذری سرریز با استفاده از رابطه - 1 - تعیین میگردد:
که Q دبی جریان عبوری از روی سرریز - متر مکعب بر ثانیه - ، Cd ضریب تخلیه سرریز، H بار آب روی سرریز - متر - که برابر اختلاف ارتفاع تراز سطح آب دریاچه و تراز آستانه سرریز می باشد و Le طول موثر آستانه سرریز - متر - بوده که از رابطه - 2 - محاسبه می شود:
که در آن L طول خالص آستانه سرریز، Ka ضریب انقباض دو طرف آستانه سرریز - تکیهگاهها - - جدول - 1، n تعداد پایههای روی سرریز و Kp ضریب فشردگی پایههای روی سرریز می باشد
جدول -1 مقادیر ضریب Ka برای شکل دیوار هادی دو طرف سرریز
جدول -2 مقادیر ضریب Kp برای شکل پایه ها
با توجه به اهمیت این سازه ها تاکنون مطالعات متعددی بر روی این نوع سرریزها توسط محققین مختلف صورت پذیرفته است. Sorensen در سال 1985 و Chanson and Toombes در سال های 2002 و 2004 مطالعات آزمایشگاهی زیادی پیرامون تشخیص نوع جریان و پراکنش انرژی بر روی سرریزهای پلکانی انجام دادند و روابطی را برای تعیین نوع جریان و میزان انرژی تلف شده بر روی این سرریزها ارائه نمودند. Boes and Hager نیز در سال 2003 آزمایشاتی در خصوص جریان های عبوری از روی سرریزهای پلکانی انجام داده و نتایج توزیع سرعت و غلظت هوا در جریان را گزارش نمودند.
سلماسی و همکاران در سال 1383، اثر تعداد پله ها در افت انرژی در سرریزهای پلکانی را در مدل آزمایشگاهی مورد بررسی قرار دادند و به این نتیجه رسیدند که میزان استهلاک انرژی نسبی، با افزایش دبی جریان کاهش می یابد. محمد ولی سامانی و همکاران در سال 1383، با استفاده از مدل آزمایشگاهی اصول حاکم بر هیدرولیک جریان و طراحی سرریزهای پلکانی را مورد بررسی قرار دادند و روابطی را برای محاسبه افت انرژی بدست آورند.
روشن و همکاران نیز در سال 2010 با بررسی بر روی مدل فیزیکی سد خوانسار نتایج ارزشمندی در زمینه افت انرژی در سرریزهای پلکانی ارائه نموده اند. با توجه به کارهای ارزشمند انجام شده در ارتباط با استهلاک انرژی در سرریزهای پلکانی، اما تاکنون مطالعات جامعی روی تاثیر حضور پایه بر روی ورودی سرریزهای پلکانی به انجام نرسیده است. در این مقاله با استفاده از مدل فیزیکی سد ژاوه اقدام به بررسی تاثیر نصب پایه بر روی ضریب آبگذری و همچنین مقایسه نتایج با نتایج تئوری شده است.
-2 کارهای آزمایشگاهی
آزمایشات به منظور بررسی تاثیر حضور پایه بر عملکرد سرریز پلکانی، بر روی مدل فیزیکی سد ژاوه در موسسه تحقیقات آب وزارت نیرو به انجام رسیده است. سد مخزنی ژاوه در 35 کیلومتری جنوب شهرستان سنندج بر روی رودخانه ژاوه در محل تلاقی رودخانه گاو رود و قشلاق در دست اجرا است. این سد از نوع بتن غلطکی - RCC - با ارتفاع 85 متر از بستر رودخانه می باشد. سیستم تخلیه سیلاب این سد شامل سرریز اوجی آزاد، تنداب پلکانی و حوضچه آرامش میباشد. با توجه به مزیت سدهای بتن غلطکی، سرریز بر روی بدنه سد جانمایی گردیده است. هدف از ساخت سد مخزنی ژاوه، کنترل جریانهای سطحی رودخانه میباشد
شکل -1 نمای شماتیک سد ژاوه
انتخاب مقیاس مدل باید به گونهای باشد که نیروهای غالب در پدیده مورد بررسی به درستی مدل شده و سایر نیروها نیز قابل صرفنظر کردن باشند و یا به نحوی اثر آن ها را کاهش داد. بطور کلی در سازههای هیدرولیکی نظیر سرریزها که در آن ها جریان سیال بصورت روباز یا آزاد میباشد، نیروهای غالب نیروهای ثقل و اینرسی هستند. در چنین شرایطی جهت ساخت مدل هیدرولیکی و تعیین مقیاس مدل میتوان از قانون تشابه فرود استفاده نمود.
با تحقق شرط تشابه هندسی دقیق بین مدل و نمونه اصلی، میتوان رفتار سیال را به صورت کامل شبیهسازی نمود - Novak and Cabelka, . - 1981 مقیاس باید به گونهای انتخاب گردد که نیروهای با اهمیت کمتر در نمونه اصلی، در مدل اثر زیادی نداشته و خطاهای مقیاسی به حداقل برسد. برای اجتناب از اثرات لزجت، مقیاس مدل نباید از یک مقدار حداقل کوچکتر باشد. محدودیت دیگر بر مبنای اثر کشش سطحی بدست میآید.
با وجودی که عدد وبر که شاخص کمیت کشش سطحی میباشددر، نمونه اصلی غالباً بزرگ میباشد - به نحوی که از تاثیرکشش سطحی میتوان صرفنظر نمود - ، در مدل با مقیاس کوچک این شاخص برقرار نیست. در این صورت عمق آب در مدل نباید از یک مقدار حداقل کمتر باشد. حد پائین 3 سانتیمتر برای عمق معمولا مناسب است ولی مقدار حداقل 1/5 تا 2 سانتیمتر نیز پیشنهاد گردیده است
در جریانهای با هوادهی طبیعی، نظیر سرریزهای پلکانی، اعمال تشابه بر مبنای معیار عدد فرود زمانی معتبر است که مقیاس مدل بقدر کافی بزرگ باشد و ورود هوا تاثیر قابل ملاحظهای در استهلاک انرژی داشته باشد . - Kobus, 1980 - در مدل هیدرولیکی سیستم تخلیه سیلاب سد ژاوه، نیروهای غالب عبارت از نیروی ثقل و اینرسی میباشند. از اینرو به منظور شبیهسازی پارامترهای مختلف هیدرولیکی از معیار تشابه فرود استفاده گردیده است. با توجه به موارد ذکر شده، مقیاس 1:25 برای ساخت و مطالعه مدل هیدرولیکی انتخاب گردید.
