بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق هدف بررسی ضریب آبگذری جریان در سرریزهای کرامپ گابیونی در شرایط جریان آزاد و مقایسه با سرریزهای کرامپ نفوذناپذیر میباشد. برای این منظور 3 مدل مختلف سریز گابیونی در یک فلوم آزمایشگاهی افقی به طول و عرض و ارتفاع به ترتیب 15، 0/3، 0/5 متر مورد بررسی قرار گرفت. آزمایشها برای دامنه وسیعی از دبی، عمق بالادست، عمق پاییندست و اندازه مصالح انجام گرفت.
نتایج نشان داد در همه مدلهای گابیونی ضریب دبی همواره بیشتر از ضریب دبی در مدلهای نفوذناپذیر می باشد. ضریب دبی برای سرریز گابیونی با شیب پاییندست بیشتر از سرریز گابیونی با شیب بالادست و شیب ترکیبی در حالت جریان آزاد است. همچنین ضریب دبی با افزایش اندازه مصالح، افزایش مییابد و در سرریزهای گابیونی با افزایش اندازه مصالح مورد استفاده بار آبی روی سرریز کاهش مییابد.
مقدمه
بهطور معمول در شبکههای آبیاری زهکشی، رودخانهها و تصفیهخانهها سرریزهای بتنی نفوذناپذیر مورد استفاده قرار میگیرند، اما امروزه سرریزهای گابیونی به دلیل مزایای زیاد و نداشتن اثرات منفی بر محیطزیست بیشتر ترجیح داده میشوند. محققان اخیراً برای حذف اثرات مخرب بر محیطزیست و همچنین عدم تغییر مناظر طبیعی سعی در استفاده از مصالح طبیعی ارزان قیمت و در دسترس دارند. در این میان سرریزهای گابیونی با داشتن خصوصیاتی همچون پایداری، صرفه اقتصادی و انعطافپذیری، 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 میشوند. 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 سازه ها 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 لبهپهن 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 پاییندست 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 - 1993 - جریان متغیر تدریجی از روی بند سنگریزهای 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 داخل بند سنگریزهای به گذر جریان از روی آن در محدوده 0/25 تا 0/5 میباشد. میچیکو و همکاران - 2005 - هیدرودینامیک یک پشته قلوهسنگی را بهصورت نظری و آزمایشگاهی مورد مطالعه قرار دادند و 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.
میچیکو و همکاران - 2007 - مطالعاتی آزمایشگاهی در زمینه جریان بر روی سرریزها و آبشکنهای سنگریزه انجام دادند. یافتههای آنها نشان داد که 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 بهدلیل 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 توسط محمد - 2010 - را میتوان نام برد. در این مطالعه با انتخاب 2 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 شد.
هدف از مطالعه حاضر مقایسه پروفیل سطح آب و ضریب دبی سرریز کرامپ گابیونی با سرریز کرامپ نفوذ ناپذیر در شرایط جریان آزاد برای دامنه وسیعی از دبی، عمق بالادست، عمق پاییندست و اندازه مصالح میباشد.
مواد و روشها
آزمایش های این تحقیق در فلومی به طول، عرض و ارتفاع به ترتیب 15، 0/3 و 0/5 متر انجام شد. جنس دیوارههای فلوم پلگسیگلاس بوده و جریان داخل آن قابل مشاهده است. برای اندازهگیری دبی در این تحقیق از دبیسنج التراسونیک مستقر بر روی لوله ورودی پمپ و به منظور قرائت ارتفاع سطح آب در قسمتهای مورد نیاز و همچنین اندازهگیری ارتفاع سرریز، از عمقیاب مستقر روی فلوم استفاده شد. در مطالعه حاضر 3 مدل سرریز کرامپ گابیونی و 3 مدل سرریز کرامپ نفوذ ناپذیر از جنس پلگسیگلاس ساخته شد.
مدل سرریز نفوذ ناپذیر در ابعادی شبیه سرریز گابیونی به منظور مقایسه نتایج حاصل از سرریز گابیونی و سرریز نفوذناپذیز ساخته شد. اطلاعات مربوط به مدلهای ساخته شده در جدول - 1 - آمده است. همچنین برای ساخت سرریزهای گابیونی از یک تور فولادی که اندازه مشهای آن کوچکتر از حداقل اندازه مصالح سنگی مورد استفاده در این تحقیق بهره گرفته شده است. در این تحقیق در سرریزهای کرامپ گابیونی از 6زبری با قطر تقریباً یکنواخت و تیز گوشه در محدوده 0/7 تا 3/2 سانتیمتر استفاده شد. شکل - 1 - طرح شماتیک یکی از مدلهای ساخته شده را نشان میدهد.
