بخشی از مقاله
چکیده
ساختار درونی سرریزهای گابیونی به نحوی است که با عبور ذرات معلق از بین منافذ خود به پایین دست و همچنین با تأثیر حداقل بر جریان موجود در پشت سرریز، تأثیر بسزایی در کاهش آلودگی ناشی از رکود آب در پشت سدها دارد. از این رو سریزهای گابیونی بر حفاظت از محیط زیست و اکوسیستم استوار بوده و به خوبی با تلفیق خود با محیط، هم از نظر آلودگی و هم زیبایی حافظ طبیعت پیرامون خود خواهد بود.
هدف از تحقیق حاضر، شبیهسازی سه بعدی تأثیر میزان تخلخل بر جریان روگذر و میانگذر در سرریزهای لبه پهن گابیونی و مقایسه با سرریزهای لبه پهن نفوذ ناپذیر است. در این تحقیق سه نوع تخلخل همراه با سه دبی برای یک شکل سرریز مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصله نشان داد با افزایش دبی گذرنده و همچنین با کاهش میزان تخلخل - افزایش قطر متوسط ذرات - ، دبی گذرنده از درون سرریز افزایش مییابد و همچنین باعث افزایش ضریب دبی در رابطه جریان گذرنده از سرریز ریزشی میشود.
.1 مقدمه
در طول زمان، رودخانهها آب مورد نیاز شرب و کشاورزی انسانها را فراهم نموده و همواره اطراف رودخانه ها محل زندگی و تجمع انسانها و محل تشکیل تمدنهای بزرگ و کوچک گذشته بوده است. همواره به منظور استفادهی بهتر و همچنین افزایش قدرت تصمیم گیری در مورد نحوه و میزان استفاده از از آب رودخانهها، نیاز به کنترل این آب احساس شده است.
در نتیجه سازه هایی در مسیر رودخانه های کوچک و بزرگ ساخته شده است که اهداف مختلفی چون افزایش هد آب، ذخیره به منظور استفاده در زمانهای کم آبی و غیره را دنبال میکرده است. سرریزها یکی از انواع سازه های استفاده شده بدین منظور بوده است. این سازه ها میتوانند با اهدافی چون افزایش ارتفاع و یا اندازه گیری جریان به کار روند. سرریزها را بر اساس ضخامت تاج آنها میتوان به دو دسته کلی سرریزهای لبه تیز و سرریزهای ثابت تقسیم کرد.[1]
سرریزهای معمولی از یک بدنهی نفوذناپذیر و معمولا از جنس بتن ساخته میشود ولی امروزه سازه های جایگزین ساخته شده از سنگ مانند سرریزهای گابیونی ترجیح داده میشوند.از دیدگاه کیفیت آبی، مواد فیزیکی و شیمیایی مانند رسوبات و مواد ارگانیک معلق در آب میتوانند از درون یک بدنهی متخلخل به سمت پایین درست عبور کنند. این موضوع باعث میشود که رسوبگذاری و تجمع آب پشت سازه به حداقل برسد.
همچنین آشفتگی ایجاد شده در محیط دانهای این سازه باعث هوادهی آب شده و عاملی برای تصفیه و پالایش رودخانه میباشد. با توجه به این جنبه ها میتوان نتیجه گرفت که سرریزهای گابیونی، سازههایی با حداقل اثرات منفی بر محیط زیست بوده و سازگاری بسیار بهتری با طبیعت و محیط زیست، نسبت به بیشتر سازه های غیر متخللی که ساخته شده دارد.[2] تاکنون مطالعات بسیاری در مورد این سرریزها صورت گرفته است که بسیاری از آنها مربوط به سرریزهای پلکانی بوده و بحث افت انرژی در آنها مورد توجه قرار گرفته است.
از جمله این مطالعات میتوان به عزیزی و همکاران - 1387 - اشاره کرد که آژمایشاتی را برروی سرریز پلکانی گابیونی دارای سه پله انجام دادند .آنها نتیجه گرفتند که با افزایش تخلخل، مقدار افت نسبی انرژی جریان کاهش مییابد و در تخلخلهای بالاتر از 38 درصد، کاهش افت انرژی قابل ملاحظه ای را نشان میدهد که این امر به دلیل افزایش جریان درون گذرنسبت به جریان روگذر میباشد.
آنها همچنین نتیجه گرفتند که در دبیهای پایین که قسمت عمده جریان درون گذر است، افزایش تخلخل باعث کاهش یکنواخت انرژی میگردد در حالی که در دبیهای زیاد افزایش تخلخل باعث کاهش جریان روگذر میشود و با توجه به اینکه جریان درون گذر باعث افت اندکی نسبت به جریان روگذر میشود، افت نسبی انرژی در دبی های بالا به صورت ناگهانی کاهش پیدا میکند.[3]
درمورد عملکرد هیدرولیکی سرریزهای لبه پهن نیز مطالعات بسیاری صورت گرفته است.از این جمله میتوان به مطالعات صورت گرفته توسط گاکس و همکاران [4] - 2006 - ، هاگر و اشوالت [5] - 1994 - ، انسار و گونزالس-کاسترو - 2003 - ،[6]، لین و کارگه - 1998 - ،[7]، سارجیسن و پرسی - 2009 - ،[8]،مطالعاتی در زمینه ی اثر شیب بالادست و پایین دست سرریز لبه پهن انجام دادند و نتیجه گرفتند که افزایش شیب بالادست باعث کاهش ارتفاع پروفیل سطح اب و بنابراین کاهش فشار استاتیک تاج و در نتیجه کاهش ضریب دبی جریان میباشد.
کلز - 1993 - جریان متغیر تدریجی از روی بندهای سنگریزه ای را برای شرایط ریزش جزئی و ریزش کامل از روی بند مورد مطالعه قرار داد و نتیجه گرفت که نسبت جریان درون گذر نسبت به جریان روگذر در حدود 0/25 تا 0/5 میباشد.[9] لئو و همکاران - 2008 - به بررسی تغییرات سرعت و آشفتگی در جریان بر روی سازههای متخلخل پرداختند. آنها با ثبت تغییرات متوسط سرعت و شدت اشفتگی برروی سازه های متخلخل و صلب نتیجه گرفتند که توزیع عمودی سرعت در بالای سازه های متخلخل با توجه به سرعت لغزش در سطح مواجههی اب و سازه یکنواختتر از سازه های صلب میباشد و نیز اینکه مولفهی سرعت در راستای جریان با کاهش تخلخل افزایش مییابد.
همچنین آنها نشان دادند که شدت آشفتگی در بالای سازه ای با تخلخل بزرگ اندکی بیشتر از سازه های با تخلخل ریز است و همچنین اینکه شدت آشفتگی اطراف سازه های متخلخل کمتر از سازه های صلب است.به ظور کلی آنها نشان دادند که تخلخل شدت آشفتگی و در پی آن شدت ابشستگی مربوط به سازه را کاهش میدهد.[10] میشیکو و همکاران - 2005 - با انجام تحلیل یک بعدی روی جریان ماندگار غیر یکنواخت از درون سرریز متخلخل نشان دادند که دبی تابعی از پارامترهایی مانند عمق جریان بالادست و پایین دست، تخلخل، اندازه و نیز طول سرریز می-باشد.[11]
بدین ترتیب و با ارائه مجموع موارد بالا، هدف از این تحقیق بررسی عملکرد هیدرولیکی سرریز گابیونی مستطیلی در شرایط دبی های مختلف و مصالح با دانه بندی مختلف میباشد.بدین ترتیب پارامترهایی از قبلی پروفیل سطح اب، ضریب دبی و نیز میزان دبی درون گذر در هر حالت به تفکیک مشخص شده است. . در این بین سرریز مورد بررسی از نوع لبه پهن به طول و ارتفاع 20 سانتی متر و به عرض 30 سانتی متر گزینش شده و با انتخاب سه تخلخل 0,4، 0,45 و 0,5 همراه با نمونه نفوذ ناپذیر این سرریز برای سه دبی 12,1، 17,9 و 25 لیتر بر ثانیه به شبیه سازی عددی تفکیک جریان روگذر و میانگذر توسط مدل سه بعدی Flow-3D پرداخته شده است.
