بخشی از مقاله
چکیده
در تحقیق حاضر به بررسی روابط ریاضی برای گراف های USBR مربوط به عوامل موثر بر ضریب دبی در سرریز لبه آبریز پرداخته شده است. روابط به دست آمده بهترین معادلات از میان تعداد زیادی معادله از برازش منحنی با چند برنامه مربوط به این کار 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 دبی در سرریز لبه آبریز استفاده نمایند.
-1 مقدمه
همواره در تمامی علوم مهندسی، متخصصین برای تحلیل مسائل به دنبال روش هایی بوده اند که با کم ترین زمان بتواند دقیق ترین نتایج را خارج کنند. این امر در مهندسی آب با حجم محاسبات زیاد و حساس کاملا مشهود می باشد. در مهندسی آب و سازه های هیدرولیکی در سدها سرریز لبه آبریز - Ogee - به دلیل خصوصیات هیدرولیکی فوق العاده و راندمان بالای تخلیه بیشترین مطالعه را از بین سازه های هیدرولیکی داشته است. این سرریز در صورت طراحی مناسب قابلیت عبور راندمان بالایی از جریان را دارد و مستلزم محاسباتی دقیق و با سهولت می باشد.
تعیین روابط برای گراف های USBR مربوط به عوامل موثر بر ضریب دبی در سرریز لبه آبریز - Ogee - مهندسین را از احتمال خطاهای عینی در هنگام قرائت ضریب دبی از روی گراف ها و سایر اشتباهات مصون می دارد. در گذشته تحقیقاتی بر روی ضریب دبی در سرریز لبه آبریز - Ogee - انجام شده است. ماینورد - 1985 - به دنبال روش ساده ای برای طراحی منحنی تاج سرریز لبه آبریز - - Ogee پرداخت، او ضریب دبی، فشار استاتیکی روی تاج و همچنین پروفیل سطحی آب را در دو حالت با و بدون پایه اندازه گیری کرد و نتایج او را 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 دبی سرریز Ogee نسبت به کف به منظور استفاده در شبکه های آبیاری را به صورت آزمایشگاهی بررسی نمودند، آزمایش ها در فلومی که قابلیت تغییر شیب کف از شیب معکوس تا شیب مثبت را دارا بود، در چهار شیب متفاوت انجام شد، نتایج حاکی از آن بود که در شیب های کم ضریب دبی 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 Ogee با قوس در پلان پرداختند، افزایش ضریب دبی با افزایش دبی و استغراق سرریز در دبیهای بالاتر از نتایج این آزمایش گزارش گردید. در این پژوهش به تعیین روابط ریاضی عوامل تاثیر گذار بر ضریب دبی در سرریز Ogee و روابط اثرات همزمان عوامل مهم با هم پرداخته شده است.
-3 مواد و روش ها
1-3 عوامل موثر بر ضریب دبی در سرریز لبه آبریز طبق USBR
طبق توصیه USBR عوامل مختلفی بر روی ضریب دبی در سرریز لبه آبریز تاثیر گذارند که به بررسی هر یک پرداخته می شود: 1-1-3 ارتفاع تاج سرریز روی بستر جریان این عامل که با نماد P - ارتفاع سرریز بالای بستر رودخانه - نشان داده می شود به جهت این که سرعت جریان نزدیک شونده بستگی به این ارتفاع دارد روی اثر تخلیه اثر می گذارد. 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 a قابل مشاهده است. در سرریزهای لبه آبریز بلند از هد سرعت نزدیک شونده گاهی اوقات صرف نظر می گردد، بنابراین
2-1-3 ارتفاع آب بالای سرریز
با افزایش مقدار مقدار نیز افزایش می یابد. در نتیجه اگر سرریز برای یک هد طراحی کمتر طرح شود مقدار ضریب تخلیه بیشتر بدست می آید. شکل b اثر این هد بر مقدار جریان را نشان می دهد.
3-1-3 شیب وجه بالادست
سه شیب مختلف در میزان ضریب تخلیه موثرند. بسته به نوع شیب وجه بالادست - شیب 1:3 ،2:3 و - 3:3 با افزایش ارتفاع سرریز نسبت به ارتفاع هد انرژی ضریب تخلیه کاهش پیدا می کند. شکل c اثر شیب بدنه بالادست سرریز بر مقدار جریان نمایش می دهد.
4-1-3 استغراق پایین دست تاج
ضریب تخلیه واقعی بر مبنای میزان استغراق پایین دست تاج کاهش می یابد. 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 d نمودار مربوط به این اثر را نشان می دهد
5-1-3 رقوم کف در پایین دست
بالا آمدگی سطح زمین در بستر پایین دست نیز باعث تغییرات در میزان ضریب آبگذری و در نتیجه میزان جریان می گردد. شکل e اثر کف بند بر میزان جریان را نشان می دهد.
2-3 برنامه های رایانه ای مورد استفاده
برای بدست آوردن معادلات منحنی های مربوط به روش USBR در سرریز Ogee از انطباق و برازش نمودار، با نرم افزار های مختلفی نظیر Curve Expert,Labfitt,Excel,Matlab استفاده شده است. روش کار بدین صورت است 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 معادلات موجود در هر کدام از نرم افزار ها نزدیکترین معادلات به منحنی مربوطه ثبت شده و ازبین تمامی معادلات خروجی از چهار نرم افزار بهترین معادله ای که دارای ضریب تعیین بیشتری باشد و در عین حال باید معادله ای ساده و کوتاه نیز باشد انتخاب و به عنوان بهترین معادله انتخاب می شود.
