بخشی از مقاله
چکیده
به منظور دقت و سادگی محاسبات مربوط به ضریب دبی در سرریز لبه آبریز استفاده از معادلات ریاضی به جای قرائت ضریب دبی از روی نمودار می باشد. تعیین روابط ریاضی برای گراف های USBR مهندسین را از احتمال خطاهای عینی در هنگام قرائت ضریب آبگذری از روی گراف ها و سایر اشتباهات مصون می دارد.در تحقیق حاضر به بررسی این روابط برای گراف های USBR مربوط به عوامل موثر بر ضریب آبگذری در سرریز لبه آبریز پرداخته شده است. روابط به دست آمده بهترین معادلات از میان تعداد زیادی معادله از برازش منحنی با برنامه مربوط به این کار همانند Matlab,Excel,Curve Expert, Lab fit تعیین شده اند.
این روابط دارای ضریب تعیین مناسب و از دقت بالایی برخوردارند که مهندسین و طراحان در رشته مهندسی آب و سازه های هیدرولیکی می توانند از آن به عنوان معادلاتی مطمئن برای تعیین اثرات هیدرولیکی ضریب آبگذری در سرریز لبه آبریز استفاده نمایند. اثرات مورد بحث شامل اثر ارتفاع سرریز، ارتفاع آب روی سرریز، اثر شیب های مختلف بدنه بالادست سد، استغراق بدنه سد و اثر کف بند در پایین دست سد می باشد. همچنین در این پژوهش برای سادگی محاسبات ضریب دبی در حالتی که چند عامل به صورت همزمان بر ضریب موثرند به تعیین روابطی معادل برای این عوامل موثر بر ضریب آبگذری پرداخته شد.
این روابط معادل مربوط به عوامل موثر مهم مانند اثر ارتفاع سرریز، اثر آب روی سرریز و اثر شیب بدنه بالادست در سدهای بلند می باشند. بررسی مقدار خطای این روابط نیز، به دو حالت، مقایسه ضریب دبی حاصل از روابط معادل با ضریب دبی ناشی از حاصل ضرب تک تک عوامل ترکیب شده برای تعداد زیادی نقطه و حالتی که در آن ضریب دبی روابط معادل با قرائت ضریب دبی از روی گراف های مربوطه برای چند نفطه انجام شده است. در این بررسی مقدار خطای به دست آمده برای هر معادله در هر دو حالت مقایسه ناچیز می باشد.
-1 مقدمه
در مهندسی آب و سازه های هیدرولیکی در سدها سرریز لبه آبریز - Ogee - به دلیل خصوصیات هیدرولیکی مناسب و راندمان بالای تخلیه بیشترین کاربرد را داشته است. در گذشته تحقیقاتی بر روی ضریب آبگذری در سرریز انجام شده است. ماینورد - 1985 - به دنبال روش ساده ای برای طراحی منحنی تاج سرریز لبه آبریز پرداخت. او ضریب آبگذری، فشار استاتیکی روی تاج و همچنین پروفیل سطحی آب را در دو حالت با و بدون پایه اندازه گیری کرد و به صورت گراف و جدول ارایه داد. وی به این نتیجه رسید که تاجهای سرریز در ارتفاعهای بسیار پایین خصوصیات تخلیه یکسانی با سرریزهای تاج پهن دارند. مددی و عمادی - 1389 - ضریب آبگذری سرریز لبه آبریز نسبت به کف به منظور استفاده در شبکه های آبیاری را به صورت آزمایشگاهی بررسی نمودن.
نتایج حاکی از آن بود که در شیب های کم ضریب آبگذری کمتر است و رفته رفته با افزایش شیب این تغییرات بیشتر می شود که افزایش سرعت ناشی از افزایش شیب عامل این تغییر گزارش شد. شیخ کاظمی و همکاران - 1392 - به بررسی پروفیل جریان بر روی سرریز لبه آبریز با قوس در پلان پرداختند. افزایش ضریب آبگذری با افزایش آبگذری و استغراق سرریز در آبگذری های بالاتر از نتایج این آزمایش گزارش گردید. برای محاسبه ضریب آبکذری سرریز لبه آبریز از گرافهایی که به این منظور توسط سازمانهای مختلف ارائه شده است استفاده می شود که گرافهای USBR و USCE از متداولترین آنها می باشند. - USCE1988 , USBR 1973 - . تعیین روابط ریاضی برای گراف های USBR مهندسین را از احتمال خطاهای عینی در هنگام قرائت ضریب آبگذری از روی گراف ها و سایر اشتباهات مصون می دارد.در این پژوهش به تعیین روابط ریاضی عوامل تاثیر گذار بر ضریب آبگذری در سرریز لبه آبریز و روابط اثرات همزمان عوامل مهم با هم پرداخته شده است.
-2 مواد و روش ها
برای محاسبه دبی عبوری از سرریز لبه آبریز در سیستم SI از رابطه زیر استفاده می شود. که در آن ، Q دبی عبوری از سرریز - m3/s - ،C ضریب آبگذری سرریز که از گرافهای USBR بدست می آید، L طول سرریز و Hd ارتفاع انرژی روی سرریز است. ضریب آبگذریC به عوامل مختلفی وابسته است که در ادامه عوامل موثر بررسی می شوند.
1-2 عوامل موثر بر ضریب آبگذری در سرریز لبه آبریز طبق USBR
1-1-3 ارتفاع تاج سرریز روی بستر جریان
افزایش ارتفاع سرریز - P - تا حدود دو برابر هد انرژی باعث افزایش نسبی در ضریب آبگذری - C - می شود و با افزایش بیشتر در ارتفاع سرریز، تاثیر ارتفاع بر افزایش مقدار ضریب آبگذری خیلی ناچیز و در حدود 3,95 ثابت باقی می ماند. نمودار مربوط به این اثر در شکل-1الف قابل مشاهده است.
2-1-3 ارتفاع آب بالای سرریز
اگر سرریزی برای یک ارتفاع مشخص طراحی شود، با افزایش ارتفاع آب روی سرریز ضریب آبگذری نیز افزایش می یابد. شکل ا-ب اثر این هد بر مقدار جریان را نشان می دهد.
3-1-3 شیب وجه بالادست
شیب بالادست سرریز نیز بر ضریب آبگذری موثرست. USBR اثر سه شیب مختلف وجه بالادست - شیب 1:3 ،2:3 و - 3:3را بر ضریب آبگذری مطابق شکل -1 ج مورد بررسی قرار داده است.
4-1-3 استغراق پایین دست تاج
ضریب آبگذری واقعی بر مبنای میزان استغراق پایین دست تاج تغییر می کند. باید توجه داشت که اثر استغراق برای میزان استغراق های کوچکتر ناچیز می باشد بطوریکه این تاثیر برای میزان استغراق 60 درصد برابر 5 درصد می باشد. شکل -1د نمودار مربوط به این اثر را نشان می دهد
5-1-3 رقوم کف در پایین دست
تراز بستر پایین دست نیز باعث تغییرات در میزان ضریب آبگذری و در نتیجه میزان جریان می گردد. شکل ا-ه اثر کف بند بر میزان جریان را نشان می دهد. شکل-1 اثر عوامل مختلف بر ضریب آبگذری الف- اثر ارتفاع سرریز، ب- اثر ارتفاع آب روی سرریز، ج- اثر شیب بالادست، د- اثر استغراق، ه- اثر تراز کف بند پایین دست - - USBR 1973
2-3 برنامه های رایانه ای مورد استفاده
برای بدست آوردن معادلات منحنی های مربوط به روش USBR در سرریز لبه آبریز از انطباق و برازش نمودار، با 3 نرم افزار Curve Expert,Labfitt,Excel,Matlab استفاده شد. روش کار بدین صورت بود که مختصات نقاط واقع روی منحنی اصلی را با فواصل کم از هم برداشت شده و به عنوان ورودی های نرم افزار های یاد شده تعریف شده اند و از بین
