بخشی از مقاله
چکیده
سرریزها سازههایی اند که برای عبور آب از بالادست به پاییندست مورد استفاده قرار میگیرند، به طور کلی هر سازهای که در مسیر جریان قرار بگیرد و روی آن سرعت جریان افزایش یابد را سرریز میگویند. بر طبق گزارشات منتشر شده توسط کنفرانس بین المللی سدهای بزرگ - ICOLD - حدود 1/3 شکست سدها از عدم کفایت سرریز نشات گرفته است. به طور کلی انتخاب سیل مبنای طرح سرریز سدهای مخزنی و معیارهای طراحی آنها یکی از مسائل مهم سد سازی به شمار میرود و نقشه عمدهای در کاهش خطر سیل گرفتگی شهرها یا اراضی بالادست سدهای مخزنی دارد. به طور معمول سرریزها از جنس بتن و دارای بدنه نفوذناپذیر هستند، که سبب میشود فقط توانایی عبور جریان از روی تاج خود را دارا باشند .
این بدنههای نفوذناپذیر از جابجایی آبزیان و مواد فیزیکی و شیمیایی ممانعت به عمل آورده و در نتیجه دارای اثرات منفی بر اکوسیستم آب میباشند .محققاناخیراً برای حذف این اثرات مخرب، سعی در استفاده از مصالح طبیعی ارزان قیمت و در دسترس دارند .در این میان سرریزهای گابیونی با داشتن خصوصیاتی همچون پایداری، نفوذپذیری و صرفه اقتصادی، در شمار سازههای توصیه شده و ارزنده برای مطالعات آینده میباشند. سرریزهای گابیونی در بعضی از مقالات و منابع با نامهای سرریز سنگریزهای و سرریز توری سیمی شناخته شدهاند. در این تحقیق از مدل آزمایشگاهی سرریز گابیونی با 3 مقدار زبری 1، 2و cm 3 استفاده شده است. در هر زبری مقدار 3 دبی و در هر دبی مقادیر عمق آب قبل و بعد از سازه برداشته شده است.
ضریب دبیها با استفاده از دادههای برداشت شده، محاسبه شدهاند و مقادیر آزمایشگاهی ضریب دبیها بدست آمده است. سپس با نرم افزار اکسل در قسمت solver به محاسبهی ضرایب دبی محاسباتی و خطای بین ضرایب محاسباتی و آزمایشگاهی پرداخته شده است . مقادیر به ترتیب برای زبریهای 1 ، 2 و cm 3 مقادیر 0/94، 0/9 و 0/81 بهدست آمده است که برای زبری cm 1 حداکثر مقدار و برای زبری cm 3 حداقل مقدار و در زبری cm 1 بیشترین همبستگی بین دادهها به-دست آمده است.
.1 مقدمه
ازآنجایی که سرریز از مهمترین اجزای سد است و موثرترین نقش را در هنگام وقوع سیل ایفا میکند و برای عبور آب اضافی از سر آب به پایاب مورد استفاده قرار میگیرد بدین منظور در سازههای آبی از اهمیت بالایی برخوردار است. ایمنی سدها به طور قابل توجهی به ظرفیت سرریزها بستگی دارد. بیشترین شکست سدها در اثر عبور آب از روی تاج آنها به وقوع میپیوندد که مهمترین عامل آن کافی نبودن ظرفیت سرریز است در نتیجه باید میزان آبگذری و نگه داشت آب را در آن به طور دقیق دانست. بر طبق گزارشات منتشر شده توسط کنفرانس بین المللی سدهای بزرگ - ICOLD - حدود 1/3 شکست سدها از عدم کفایت سرریز نشات گرفته است.
به طور کلی انتخاب سیل مبنای طرح سرریز سدهای مخزنی و معیارهای طراحی آنها یکی از مسائل مهم سد سازی به شمار میرود و نقشه عمدهای در کاهش خطر سیل گرفتگی شهرها یا اراضی بالادست سدهای مخزنی دارد. متاسفانه به دلیل نبود معیارهای فنی و تجربههای مناسب در زمینه مدیریت سیلاب در بعضی موارد شاهد انتخاب نادرست نوع سرریز سدهای مخزنی و خاکی هستیم. درحقیقت اگر سرریز یک سد به درستی محاسبه و احداث گردد، مشکل ناپایداری سازه نخواهیم داشت. سرریزهایی که مجهز به دریچه هستند را سرریز کنترلدار و آنهایی که فاقد دریچه هستند را سرریز بدون کنترل گویند . محل سرریز بستگی به شرایط پی، مقدار و نوع خاکبرداری، نوع سد، تراوش سد، گسلها و شکستها، دوره بازگشت دبی طرح دارد - افشار و صالحی،. - 1389
از دیر باز به طور عمومی از سرریزهای جامد بتنی استفاده میشد، اما این روزها سازههای ثانویه مانند سرریز گابیونی ترجیح داده میشوند چون تقابل بهتری با طبیعت و نیازهای بوم شناختی دارند. از نقطه نظر کیفیت آب، عوامل فیزیکی و شیمیایی مانند مواد زیستی معلق در آب و رسوبات میتوانند از طریق بدنهی تراوای آن به سمت پایین دست عبور کنند. بالاخره رسوبگذاری و انباشتگی خوراکهی آب در یک مخزن آب به حداقل میرسد. در میان سنگها و روی سطح زبر آنها باکتریها زندگی میکنند که ممکن است باعث تجزیهی مواد آلی شوند، این واکنش بیوشیمیایی در تصفیهی آب رودخانه یا کانال در حین عبور آب از میان سنگها به وقوع میپیوندد و دقیقا مانند مکانیسم تصفیهی فاضلابها عمل میکند. همچنین محتمل است که تولید آشفتگیها در اجزاء دانهای، تهویه را از طریق سطح مشترک هوای موجود در آب که به تجزیهی هوازی مواد آلی کمک میکند گسترش دهد.
در این زمینه سرریز گابیونی میتواند سازهای با حداقل اثر منفی برروی محیط آب باشد و انتظار میرود که از بسیاری از سرریزهای ناتراوا با محیط سازگارتر باشد 2010 - ، محمد - . گابیون کاربرد زیادی در ساختن سازههای آبی داشته و از آن میتوان در ساختن انواع سرریزها و سدهای کوچک استفاده کرد. سرریزهای گابیونی جایگزین مناسبی برای سرریزهای بتنی با بدنهی نفوذناپذیر میباشند. بدیهی است که بدنه نفوذپذیر این سازه از حرکت طولی موجودات آبزی و مواد فیزیکی و شیمیایی در آب ممانعت نکرده و آثار منفی بر اکوسیستم موجودات آبزی را کاهش میدهد. سرریزهای گابیونی با داشتن خصوصیاتی همچون پایداری - نداشتن جوشش و نیروی زیر فشار - صرفه اقتصادی - استفاده از مصالح در دسترس و طبیعی - نفوذپذیری و انعطاف پذیری در برابر نیروهای وارده از طرف آب، به گفته چانسن - 2006 - در شمار سازههای توصیه شده و ارزنده برای مطالعات آینده میباشند .
این نوع سازههای نفوذپذیر از دیدگاه کیفیت آب با عبور مواد شیمیایی و فیزیکی مانند رسوبات و مواد آلی معلق، باعث عدم رسوبگذاری رسوبات و انباشتگی مواد آلی در بالادست سرریز میشدند. از طرفی باکتریهای ساکن در منافذ این سرریزها ممکن است باعث تجزیه مواد آلی شوند، این واکنش بیوشیمیایی و همچنین هوادهی سرریز ناشی از تلاطم عبور جریان از سرریز که باعث تجزیه هوازی مواد آلی میشود، عاملی برای خودپالایی و تصفیه و حذف بوی بد فاضلاب رودخانه میباشند .با این تفاسیر این نوع سازهها علاوه بر سازگاری با اکوسیستم و محیط زیست، دارای اثرات مثبت بر روی آنها میباشند.
مطالعات زیادی در زمینه خصوصیات جریان با انواع مختلف هندسه ورودی سرریز لبه پهن انجام شده است، ازجمله گاگس و همکاران - 2006 - ، هاگر و اسکوت - 1994 - ، انسار و گونزالس- کاسترو - 2003 - ، لین و گارگه . - 1998 - سارجیسن و پرسی - - 2009 مطالعاتی در زمینه اثر شیبهای بالادست و پایین دست سرریز لبهپهن انجام دادند .نتایج آنها نشان داد که افزایش شیب بالادست باعث کاهش ارتفاع پروفیل سطح آب و بنابراین کاهش فشار استاتیک تاج و در نتیجه کاهش ضریب دبی جریان میباشد .کلز - - 1994 جریان متغیر تدریجی از روی بند سنگریزه-ای را برای دو شرایط جریان مختلف شامل ریزش جزئی و کامل از روی بند را مورد مطالعه قرار داد. کلز - 1994 - نشان داد که نسبت گذر جریان از روی آن در محدوده 0/25 تا 0/5 میباشد.
مچیکو و همکاران - 2005 - هیدرودینامیک یک پشته قلوهسنگی را بهصورت نظری و آزمایشگاهی مورد مطالعه قرار دادند. با انجام یک تحلیل یک بعدی بر روی جریان یکنواخت دائمی از میان سرریز توصیف کردند که دبی تابع پارامترهای مانند عمق جریان در بالادست و پاییندست سرریز، تخلخل، قطر ذرات پشته سنگریزهای، طول سرریز و غیره میباشد. مچیکو و همکاران - 2007 - مطالعاتی آزمایشگاهی در زمینه جریان بر روی سرریزها و آبشکنهای سنگریزه انجام دادند. یافتههای آنها نشان داد که تغییرات جرم و مومنتم بین جریان اصلی و جریان در محیط متخلخل اطراف زوایای بالادست و پاییندست سرریز و آبشکن غالب بوده و همچنین خطوط جریان به سرعت منقبض میشدند.
لیو و همکاران - 2008 - جریان آشفته در اطراف یک پشته سنگریزهای در کف یک فلوم با جریان آزاد را مورد مطالعه قرار دادند. آنها 3 مدل با تخلخلهای 0، 34/9 و 47/5 درصد را مورد مطالعه قرار دادند و نشان دادند که برای سازههای متخلخل ناحیه چرخش در جهت پاییندست به دلیل عبور جریان از درون سرریز طولانیتر میشود. بیشتر مطالعات قبلی در شرایطی انجام شد که عمق جریان در بالادست سرریز کمتر از ارتفاع سرریز میباشد. چانسن - 2006 - اشاره کرد که اندرکنش بین جریان نشتی. - از داخل سرریز - و روی سرریز کمتر مورد توجه قرار گرفته است، و موضوعی ارزنده برای مطالعات آینده میباشد. ازجمله مطالعات اخیر در زمینه جریان بر روی سرریز گابیونی توس محمد - 2010 - را میتوان نام برد. در این مطالعه با انتخاب2 مدل سرریز گابیونی مستطیلی و 2 مدل سرریز بتنی با همان هندسه برای مقایسه، به مطالعه عملکرد سرریز گابیونی پرداخته شده و در نهایت روابطی برای پیشبینی دبی این سرریز در شرایط آزاد و مستغرق ارائه داد.
.2 مواد و روشها
آزمایشهای این تحقیق در آزمایشگاه هیدرولیک دانشگاه شهرکرد روی فلومی به طول 12 متر، عرض و ارتفاع 0/4 متر انجام شده است. جنس دیوارههای فلوم شیشهای بوده و جنس کف آن فلزی است و جریان داخل آن قابل مشاهده است. تغییر شیب در این فلوم به وسیلهی جکهای هیدرولیکی امکانپذیر است. در این کانال آب از یک منبع واقع در بیرون آزمایشگاه، به کمک یک پمپ سانتریفیوژ و از طریق لولهی ورودی کانال به مخزن ابتدایی وارد میشود. در تصویر 1 شکل سرریز گابیونی ساده نشان داده شده است که در این تحقیق در آزمایشات مورد استفاده قرار میگیرد نشان داده شدهاند. پارامترهای هندسی مؤثر در شکلها نشان داده شدهاند. جدول - 1 - مقدار این پارامتر-های هندسی را برای سرریز گابیونی ساده لبه پهن نشان میدهد.
برای اندازهگیری عمق جریان از یک عمقسنج با دقت 0/2 میلیمتر استفاده شد. این عمقسنج قابلیت جابجایی در طول و عرض کانال را دارا بود. به منظور کاهش خطای اندازهگیری در هر بار برداشت دادهی عمق، عدد عمقسنج نسبت به کف کانال صفر شد. برای ساخت بدنه سرریز کنگرهای گابیونی از مشبکهای فلزی استفاده شد که ابتدا به وسیلهی سنگ جت در اندازهها و ابعاد مورد نظر برش داده شدند و سپس به وسیلهی دستگاه جوش به اشکال مورد نظر به هم اتصال داده شدند. در مرحلهی بعد از توری سیمی برای جلوگیری ازخروج زبریهای
