بخشی از مقاله
چکیده
برای عبور آبهای اضافی از سراب - بالادست - به پایاب - پایین دست - سدها از سازه ای به نام سرریز استفاده میشود. سرریز یکی از کلیدیترین اعضای سد به شمار میرود که شکست بسیاری از سدها به عدم کفایت سرریزشان نسبت داده شده است. ایمنی سدها به طور اهم ارتباط مستقیم و تنگاتنگی با کفایت ظرفیت سرریز دارد. بیشتر شکست سدها در اثر عبور آب از روی تاج آنها بوقوع میپیوندد که مهمترین عامل آن کافی نبودن ظرفیت سرریز است.
عملکرد ایمن سرریزها، در شرایط غیرعادی از قبیل بارانهای موسمی و انباشت فراوان باران، عامل مهمی در ایمنی سدهاست. درک صحیح از عملکرد سرریزها میتواند تا حد زیادی هزینه ساخت را کاهش و مشکلات سیل گرفتگی را مرتفع نمای.دمعمولاً سرریزها را بر حسب مهمترین مشخصه آنها تقسیم بندی میکنند، این مشخصه میتواند در رابطه با سازه کنترل، کانال تخلیه و یا هر عضو دیگر آن باشد. بر حسب اینکه سرریز مجهز به دریچه و یا فاقد آن باشد، به ترتیب با نام سرریزهای کنترل دار ویا سرریزهای بدون کنترل شناخته میشوندنوع سرریزها معمولاً با عناوین: ریزشی، اوجی، جانبی، شوت، مجرایی، تونلی، نیلوفری، سقوطی یا بار شکن، آبرو، سیفونی مشخص میگردد که سرریز زیگزاگی نمونه ای از سرریزهای ریزشی میباشد.
در دهه سوم قرن گذشته، سرریزهای کنگره ای به عنوان یک راه حل مؤثر برای بهبود عملکرد هیدرولیکی این نوع سرریزها توسعه داده شده است. سرریزهایکنگره ای غالباً با استفاده از دیوارهای قائم ساخته شده و کارایی آنها بسیار بهتر ازسرریزهای خطی است. این سرریزها بعنوان گزینهای مناسب برای اصلاح سرریزهایی که برای عبور دبی حداکثر محتمل با مشکل روبرو هستند مطرح میشوند. سرریزهای زیگزاگی به دلیل زیاد بودن دبی عبوری از روی آنها تحت بارهای هیدرولیکی کم و نیاز به جا و مکان کمتر در پلان نسبت به انواع دیگر سرریزها، سازههایی اقتصادی محسوب میشوند.
با توجه به اهمیت انجام تحقیقات بر روی سرریزهای زیگزاگی، در تحقیق حاضر با استفاده از دادههای مدلهای فیزیکی ساخته شده برای چهار سرریز زیگزاگی با پلان قوسی به بررسی روند ضریب دبی، منحنی دبی - اشل و نیز یافت بهترین معادلات با مدلسازی سه بعدی با استفاده از مدل عددی Flow3D پرداخته شده و نتایج حاصل از آن با نتایج مدل آزمایشگاهی مشابه مقایسه شده و از انطباق قابل قبولی برخوردار بود ه اند. با رسم منحنی دبی-اشل و ضریب دبی برای هر 4 سرریز و تحلیل نتایج، مشخص شد که سرریز زیگزاگی با 5 سیکل و ارتفاع 20/32 و طول تاج سرریز 8/0772، ضریب دبی بیشتری نسبت به سایر سرریزها دارد. همچنین نتایج حاصل از شبیه سازی، بیانگر همگرایی قابل قبولی بین دادههای آزمایشگاهی و نرم افزار FLOW-3D میباشد.
-1 مقدمه
ایمنی سدها به طور اهم ارتباط مستقیم و تنگاتنگی با کفایت ظرفیت سرریز دارد. بیشتر شکست سدها در اثر عبور آب از روی تاج آنها بوقوع میپیوندد که مهمترین عامل آن کافی نبودن ظرفیت سرریز است. عملکرد ایمن سرریزها، در شرایط غیرعادی از قبیل بارانهای موسمی و انباشت فراوان باران، عامل مهمی در ایمنی سدهاست. بر طبق گزارشات منتشر شده توسط کنفرانس بین المللی سدهای بزرگ - ICOLD, 2005 - حدود 1/3 شکست سدها از عدم کفایت سرریز نشأت گرفته است.
بر این اساس با توجه به حساس بودن کارکرد، سرریز باید سازه ای قوی، مطمئن و با راندمان بالا انتخاب شود که در هر لحظه بتواند برای بهره برداری آمادگی داشته باشد. همچنین یکی از عوامل مهم که پایداری و سازه سرریز را تهدید میکند و ممکن است باعث لطمه جبران ناپذیر به سرریزها شود پدیده نام آشنای کاویتاسیون میباشد. به طور کلی سرریزها باید در کلیهی شرایط آمادهی بهره برداری بوده و قادر به تخلیهی سیل مبنای طرح باشند تا در هنگام وقوع سیل شاهد تلفات جانی و خسارات مالی بیش از حد انتظار نباشیم.
درک صحیح از عملکرد سرریزها میتواند تا حد زیادی هزینه ساخت را کاهش و مشکلات سیل گرفتگی را مرتفع نمایدمعمولاً. سرریزها را بر حسب مهمترین مشخصه آنها تقسیم بندی میکنند، این مشخصه میتواند در رابطه با سازه کنترل، کانال تخلیه و یا هر عضو دیگر آن باشد. بر حسب اینکه سرریز مجهز به دریچه و یا فاقد آن باشد، به ترتیب با نام سرریزهای کنترل دار ویا سرریزهای بدون کنترل شناخته میشوند نوع سرریزهامعمولاً با عناوین: ریزشی، اوجی، جانبی، شوت، مجرایی، تونلی، نیلوفری، سقوطی یا بار شکن، آبرو، سیفونی مشخص میگردد که سرریز زیگزاگی نمونه ای از سرریزهای ریزشی میباشد. این نوع سرریز در فارسی بصورتهای: زیگزاگی، کنگره ای، چند وجهی، یا منقاری نامیده میشد.
در دهه سوم قرن گذشته، سرریزهای کنگره ای به عنوان یک راه حل مؤثر برای بهبود عملکرد هیدرولیکی این نوع سرریزها توسعه داده شده است. سرریزهایکنگره ای غالباً با استفاده از دیوارهای قائم ساخته شده و کارایی آنها بسیار بهتر ازسرریزهای خطی است. این سرریزها بعنوان گزینهای مناسب برای اصلاح سرریزهایی که برای عبور دبی حداکثر محتمل با مشکل روبرو هستند مطرح میشوند. سرریزهای زیگزاگی به دلیل زیاد بودن دبی عبوری از روی آنها تحت بارهای هیدرولیکی کم و نیاز به جا و مکان کمتر در پلان نسبت به انواع دیگر سرریزها، سازههایی اقتصادی محسوب میشوند.
-2مروری بر تحقیقات گذشته
سابقه بنای این سرریزها به سال 1910 میرسد، اما عمده سرریزهای کنگره ای بعد از سال 1970 ساخته شدهاند با شروع تحقیقات و ادامه آن از سال 1968 که طی آن محققین توانستند هیدرولیک جریان عبوری از روی این سرریزها را بهتر بیان کرده و روشهای طراحی را توسعه دهند، طراحان نیز به طور قابل ملاحضه ای به طراحی و ساخت آنها توجه نمودند و به تکمیل بیش از پیش اطلاعات در این زمینه کمک کردند. تعداد زیادی سرریز کنگره ای در سراسر دنیا ساخته شده است.
همراه با رشد روز افزون تحقیقات پیرامون سریزهای کنگره ای و استفاده از آنها در پروژههای آبی و سدسازی، انواع خاصی ازاین سریز که در واقع هم خانوادههای آن محسوب میشوند، مورد توجه طراحان قرار گرفتند. از جمله طرحهای مشابه سریز کنگره ای میتوان به فیوزگیت ها 1 - فالوی و تریل 2، - 1995 و نسل جدید سریزهای کنگره ای با عنوان سریزهای کلید پیانو 3 - ریبرو و همکارانش 4؛2007، لاگر 5، 2007؛ لمپریر و امان 6، - 2003 اشاره نمود.
لازم به ذکر است سریزهای اریب 7 - کبیری سامانی، :2010 نوری و چیلمرن 8، - 2005 و سریزهای سه جانبی 9 - خاسوریا و همکارانش 10، - 1988 نیز نوع خاصی از این سریزها هستند که به ترتیب سریز کنگره ای مثلثی با تعداد N=0.5 سیکل و سریز کنگره ای فوسی با تعداد N=1 سیکل محسوب میشوند. با توجه به موضوع این پروژه، در ادامه تمرکز متن بربررسی وتعیین ضریب دبی سریزهای زیگزاگی قوسی شکل معطوف میگردد.
قوسی کردن سریز، افزایش طول تاج سریز را به ازای عرض ثابت کانال تخلیه در پی دارد. ضمن آنکه این امر در داخل مخزن میتواند بهبود جهت گیری سریز نسبت به جریان ورودی و افزایش ضریب آبگذری را در پی داشته باشد. دارواس - 1971 - 1 نتایج تحقیقات خود را به شکل ساده تر و مستقل از برآورد دبی سریز خطی ارائه کرد. این تحقیق همچنین یک دسته منحنی برای طراحی سریزهای ذوزنقه ای شکل با تاج ربع دایره ای ارائه نمود.
میر - 1980 - 2 اعلام کرد که دبی واقعی کمتراز میزانی است که با استفاده از روش هی و تیلور بدست میآید. هاستون 3 - 1982 - این اختلاف را ناشی از تعریف بار هیدرولیکی بر روی سریز دانست و بیان داشت که بایستی هد نظیر سرعت - v2/2g - را به بار هیدرواستاتیک اضافه نمود و براین اساس منحنیهای طراحی جدیدی ارائه نمود. کاسیدی و همکارانش 4 - 1985 - بیان کردند که هم هد روی سریز - h - و هم هد بالادست سریز - H0 - برای تعریف ضریب آبگذری میتواند مورد استفاده قرار گیرد.
ایشان نتیجه گیری کردند که اختلاف یادشده نه بخاطر تعریف هد بالادست، بلکه به سبب هندسه جریان ورودی بوده که باید در هنگام انتخاب هریک از روشهای طراحی مد نظر قرارگیرد. ماگالاس - 1985 - 1 به این نتیجه رسید که دبی واقعی،مخصوصاً در هدهای زیاد، کمتر از آن مقداری است که توسط نمودارهای دارواس بدست میآید و با انجام اصلاحاتی بر روی روش دارواس - 1971 - ، منحنیهای طراحی جدیدی ارائه نمود. نمودارهای ماگالاس 1985 - - ، پس از چند سال و با اعمال تغییرات جزیی توسط ماگالاس و لورنا - 1989 - 2 ارائه شد. ملو و همکارانش - 2002 - 3، روش ماگالاس و لورنا - 1989 - را برای سریزهای کنگره ای قرار گرفته در داخل کانال با دیوارههای همگرا توسعه دادند آنان این امر را بعنوان راهی برای بهبود جهت گیری جریان ورودی به سریز معرفی کردند.
لاکس و هینچلیف - 1985 - 4 و لاکس - 1989 - با استفاده از آنالیز ابعادی و انجام آزمایشها، نمودارها و روش طراحی جدیدی را ارائه کرددند. لاکس - 1993 - همان روش را با اعمال بعضی تغییرات در نمادگذاری و ارائه در یک دستورالعمل طراحی 13، ارئه نمود. تولیس و همکارانش - 1995 - اعلام کردند که دبی یک سریز کنگره ای تابعی است از بار هیدرولیکی کل، طول مؤثر تاج و ضریب آبگذری، که ضریب آبگذری خود به بار هیدرولیکی کل، ارتفاع سریز، ضخامت دیوار، شکل تاج، نوع و شکل رأس تاج و زاویه دیوارهای سریز وابسته است.
آنان ضمن بررسی تأثیر این پارامترها بر عملکرد سریزهای کنگره ای نمودارهای جدیدی ارائه دادند. روش پیشنهادی توسط این محققین به علت صحت سنجی با 24 سد مختلف و حصول خطای کمتر از %10 در نتایج، روش طراحی در زمینه طراحی سریزهای کنگره ای خطی محسوب میشود. وارملیتون و سوفیانی - 1998 - و وارملیتون و تیسانگ - 2000 - ، مطالعاتی را بر روی هوادهی سریزهای کنگره ای انجام دادند. آنان نتیجه گیری کردند که سریز کنگره ای مستطیلی در مقایسه با شکل مثلثی و آن نیز در مقایسه با سریز خطی از کارایی بالاتری برای هوادهی جریان برخوردار است.
این محققین در ضمن اعلام کردند که با بالارفتن دبی، برتری شکل مستطیلی نسبت به شکل مثلثی فزونی مییابد که این امر به دلیل افزایش تداخل لایههای ریزشی جریان در سریز مثلثی میباشد. قدسیان و شنوایی 1379 - ، - 1380 تحقیقاتی را به منظور بررسی تأثیر طول و شکل تاج بر روی ضریب آبگذری سریزهای کنگره ای مثلثی شکل در پلان انجام دادند. آنان نتیجه گیری کردند که با افزایش طول تاج در یک عرض مشخص، خطوط جریان عبوری از روی سریز مسیر طولانی تر و غیر مستقیمی را طی کرده که کاهش ضریب آبگذری را به همراه دارد. ضمن آنکه در بارهای هیدرولیکی بالا که راندمان سریز کنگره ای کاهش مییابد، شکل تاج تأثیر چندانی بر عملکرد سریز ندارد.
