سرریزهای کنگره ای از سازه های هیدرولیکی مهم در جهت تنظیم سطح آب و کنترل جریان در کانال ها، رودخانه ها و مخازن سدها به شمار می آید. نظر به اینکه در بعضی از سدها فضای کافی برای تعریض آنها به منظور افزایش دبی عبوری وجود ندارد لذا استفاده از سرریز کنگره ای یکی از بهترین راه حل های ممکن است. درصورتی که سیکل های سرریز کنگره ای خطی در مخازن سدها روی یک انحنا قرار بگیرد طول تاج آن افزایش می یابد و شرایط جریان ورودی بهبود می یابد و منجر به افزایش ضریب آبگذری می شود. پژوهش آزمایشگاهی حاضر، روند تغییرات ضریب آبگذری برای شیب های مختلف دیواره پایین دست سرریز را مورد بررسی قرار داده است. بدین منظور دو سرریز کنگره ای با زاویه دیواره جانبی 6 و 11.25 درجه و برای هر کدام چهار شیب دیواره پایین دست مورد آزمایش قرار گرفته است. بر اساس آزمایش ها و نتایج به دست آمده مشاهده شد شیب دیواره پایین دست سرریز باعث کاهش ضریب آبگذری می شود که دلایل آن در این مقاله به تفصیل آورده شده است. نتایج حاصل به صورت روند تغییرات ضریب آبگذری برحسب نسبت ارتفاع جریان به ارتفاع سرریز ارائه شده است، همچنین روند تغییرات ضریب آبگذری به شیب های مورد بررسی ارائه شده است. به منظور استفاده طراحان این نوع سرریزها، رابطه ای برای تخمین ضریب آبگذری برای هر یک از شیب های مورد بررسی، ارائه شده است.

لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (PDF) مراجعه فرمایید.

در این تحقیق تاثیر شیبدار کردن وجه پایین دست و بالادست سرریزهای لبه پهن مستطیلی بر ضریب دبی و مشخصات جریان مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج آزمایشات نشان می دهد که در تمام سرریزها، عمق بحرانی بر روی سرریز تشکیل شده و در محدوده مقطع بحرانی تا انتهای تاج سرریز، جریان یکنواخت فوق بحرانی بر روی تاج برقرار می گردد. با ملایم تر شدن شیب وجه پایین دست، انحنای خطوط جریان در محل ریزش پایین دست به حداقل رسیده و آستانه استغراق بطور قابل ملاحظه ای افزایش می یابد بطوریکه این مقدار از 0.69 در سرریز مستطیلی لبه پهن قائم به 0.96 در سرریز لبه پهن مستطیلی با شیب وجه پایین دست 10 درجه افزایش می یابد. بررسی نشان داد که ضریب دبی جریان سرریز، با شیب پایین دست تقریبا ثابت می ماند که بیانگر مفید بودن این سرریزها در شرایط جریان مستغرق می باشد. در حالیکه؛ با تغییر شیب وجه بالادست، ضریب دبی جریان و در نتیجه ظرفیت تخلیه سرریز، متناسب با کاهش شیب بالا دست سرریز افزایش یافته و اثر جریان های ثانویه را کاهش می دهد.

بندهای سنگریزه ای هنگام وقوع جریان های سیلابی، آب را در مخزن بالادست خود ذخیره کرده و به تدریج پس از فروکش کردن سیل به پایین دست تخلیه می کنند. از این رو یکی از گزینه ها برای مهار سیلاب محسوب می شوند. در این مطالعه با انجام آزمایش های متعدد، تاثیر دانه بندی (اندازه متوسط و انحراف معیار) سنگ دانه های مختلف و شیب شیروانی پایین دست بر روی پایداری سازه بررسی و نقش هر کدام از عوامل ذکر شده در برقراری شرایط پایدار برای بند، مورد مطالعه قرار گرفته و رابطه جدیدی برای تعیین شیب پایدار پایین دست ارائه شد. هم چنین اثرات انحراف معیار سنگ دانه ها، شیب شیروانی پایین دست و اندازه سنگ دانه ها بر میزان آب گذری بند مطالعه و پیشنهادهای لازم در خصوص انتخاب اندازه مناسب سنگ دانه ها برای افزایش کارآیی این سازه ها ارائه شد. به منظور اعتبار سنجی رابطه جدید ارائه شده، تعدادی از داده های آزمایشگاهی با نتایج حاصل از کاربرد رابطه مقایسه و همبستگی نسبتا خوبی بین نتایج محاسباتی و آزمایشگاهی در پوش خطای 20 درصد مشاهده شد. علاوه بر این مقادیر ریشه میانگین مربع خطاها و میانگین خطای نسبی به ترتیب 0.04 و 0.09 به دست آمد که دقت خوب رابطه را نشان می دهد.

آبشستگی موضعی در خروجی کالورت پدیده ای متداول است؛ لذا ارائه راهکارهای مقابله با این پدیده مخرب ضروری می باشد. در مطالعه حاضر تاثیر دیواره جانبی پایین دست کالورت بر ابعاد گودال آبشستگی موضعی با درنظر گرفتن دیواره هایی با زوایای 15، 30، 45، 60 و 75 درجه نسبت به خط مرکزی جریان، در دو تیپ هیدرولیکی 1 و 4 و در دو کالورت با مقطع دایره ای و مستطیلی بررسی شد. نتایج نشان داد که استفاده از دیواره با زاویه 15 درجه باعث کاهش عمق و طول گودال آبشستگی و همچنین ارتفاع رسوب گذاری در پایین دست می شود که میزان کاهش عمق آبشستگی در کالورت مستطیلی با تیپ 1 هیدرولیکی به میزان %3/35 نسبت به تست شاهد مشاهده شد. همچنین دیواره با زاویه 30 درجه در مقطع مستطیلی با تیپ 1، با کاهش 46% آبشستگی عملکرد خوبی را نشان داده است. دیواره های جانبی با زاویه 60 و 75 درجه، عملکرد مناسبی در کاهش آبشستگی نشان ندادند. همچنین در تیپ 1، دیواره در همه زوایا باعث کاهش عمق آبشستگی شد؛ اما در تیپ 4 فقط در زاویه 15 درجه عمق آبشستگی به میزان 30% در مقطع دایره ای و 10% در مقطع مستطیلی کاهش پیدا کرد. همچنین ابعاد گودال آبشستگی در پایین دست کالورت با مقطع دایره ای بیشتر از مقطع مستطیلی مشاهده شد؛ به گونه ای که در مقطع دایره ای در تیپ 1 هیدرولیکی، عمق آبشستگی به میزان 35% نسبت به مستطیلی افزایش داشته است که این در تیپ 4 هیدرولیکی به میزان 95% مشاهده شد. همچنین ابعاد گودال آبشستگی در تیپ 1 نسبت به تیپ 4 در همه زوایا بیشتر می باشد و این در حالی است که ارتفاع رسوب گذاری در تیپ 4 نسبت به تیپ 1 بیشتر می باشد.

در این بررسی، پیشرفت زمانی نیمرخ های حفره آب شستگی موضعی در پایاب حوضچه آرامش با شیب معکوس بر اساس نتایج برداشت نیمرخ های حفره در محدوده گسترده ای از اعداد فرود، دانه بندی ذرات رسوبی، عمق پایاب، طول و شیب حوضچه بررسی شد. انجام یک آزمایش 54 ساعته نشان داد نزدیک به %87.5 از عمق بیشینه، %86.3 از فاصله عمق بیشینه تا انتهای کف بند، در پایان 54 ساعت آزمایش، در مدت زمان 24 ساعت از شروع آزمایش به دست می آید. همچنین، معادله توانی ارتباط دهنده عمق حفره با مقیاس زمانی و هندسه سازه بالادست ارائه و ضرایب ها و توان های این معادله به صورت توابعی از شیب حوضچه در نظر گرفته شد. تاثیر پارامترهای مختلف بر ابعاد حفره بررسی و معادلاتی جهت تخمین ابعاد حفره با زمان و در شرایط تعادل نسبی ارائه گردید. برداشت نیمرخ های آب شستگی نشان دهنده وجود نوعی تشابه در شکل حفره در پایاب هر شیب می باشد. همچنین نتایج نشان داد افزایش طول و شیب حوضچه معکوس سبب شکل گیری حفره ای با عمق کمتر و گستره طولی بیشتر می شود و حجم نسبی رسوبات انتقال یافته از واحد عرض حفره به ازای افزایش شیب حوضچه تا %15 در حدود %30 افزایش خواهد یافت.

سرریز پلکانی و حوضچة آرامش از مهم ترین سازه های مستهلک کنندة انرژی محسوب می شوند. با این که بخش قابل توجهی از انرژی جریان با این دو سازه مستهلک می شود انرژی باقی مانده در جریانورودی به پاشنة سرریز، قادر به تخریب احتمالی آن خواهد بود. در این پژوهش تأثیر شیب حوضچة آرامش بر آبشستگی پایین دست در حضور سرریز پلکانی به صورت آزمایشگاهی بررسی شده است. آزمایش ها در آزمایشگاه سازه های هیدرولیکی دانشگاه شهید باهنر کرمان با شش دبی مختلف و پنج شیب کف حوضچة آرامش اجرا شد. پارامترهای مختلف از جمله حداکثر عمق آبشستگی (ds)، سرعت جریان، عمق آب در سراب و پایاب، عمق آب در انتهای حوضچة آرامش، فاصلة وقوع حداکثر عمق آبشستگی و منطقة توسعة حفرة آبشستگی تا حوضچة آرامش به ترتیب (Lsو Lt). اندازه گیری شد. با مقایسة نتایج به دست آمده با آزمایش شاهد در حالت حوضچه آرامش با شیب کف 02/ و 02/0-، متوسط عمق آبشستگی نسبی به ترتیب 47 درصد افزایش و 2/52 درصد کاهش یافته است. فاصلة حداکثر عمق آبشستگی نسبی و فاصله انتهای منطقه توسعه حفره آبشستگی با افزایش عدد فرود ذره افزایش و با افزایش شیب کف حوضچه آرامش این مقدارها افزایش و با کاهش شیب کف حوضچه آرامش کاهش یافتند.

سرریزهای کنگره ای به عنوان گزینه مناسب برای رفع مشکل سرریزها در مقابل حداکثر دبی عبوری مطرح می باشند. در این پژوهش 5 مدل سرریز کنگره ای مستطیلی با 4 شیب مختلف در 2 وجه بالا دست و پایین-دست، به صورت آزمایشگاهی بررسی شد. زاویه شیب سرریز ها از حالت سرریز کنگره ای مستطیلی بدون شیب به زاویه های 15، 30 و 45 درجه نسبت به رأس تاج سرریز تغییر یافت. نتایج پژوهش حاضر حاکی از آن است که در سرریز کنگره ای مستطیلی با شیب وجه های بالا دست و پایین دست با افزایش پارامتر بدون بعد Ht/P، از میزان ضریب دبی سرریز کاسته می شود. همچنین نتایج نشان داد با ایجاد شیب تاج سرریز کنگره ای مستطیلی در وجه بالا دست، ضریب دبی سرریز نسبت به حالت بدون شیب کاهش می یابد. در وجه پایین دست سرریز کنگره ای مستطیلی متناسب با میزان شیب نسبت به تاج سرریز، ضریب دبی افزایش می یابد. علاوه بر آن مشخص شد که در محدوده آزمایش، در مدل سرریز کنگره ای مستطیلی با وجه های بالا دست و پایین دست شیب دار، افزایش طول مؤثر سرریز باعث کاهش ضریب دبی می شود. همچنین افزایش ارتفاع سرریز کنگره ای مستطیلی با وجه های بالا دست و پایین دست شیب دار، ضریب دبی سرریز را افزایش می دهد. در نهایت معادله ضریب دبی بر اساس پارامترهای بدون بعد مؤثر در این پژوهش ارایه شد.

برخلاف سرریزهای معمولی نفوذ ناپذیر، مواد فیزیکی و شیمیایی از درون سرریزهای گابیونی به پایین دست عبور می کنند. بنابراین سرریزهای گابیونی سازه هایی با حداقل اثرات منفی بر محیط زیست بوده و به سازه های دوست-دار محیط زیست معروف هستند. در این تحقیق تأثیر اندازه مصالح، شیب بالادست و شیب پایین دست بر فاکتور کاهش دبی جریان در سرریزهای گابیونی با شرایط جریان مستغرق بررسی شد. در ابتدا پس از شناسایی پارامترهای مؤثر، رابطه عمومی بدون بعد توسعه داده شده است. برایانجام آزمایش ها 16 مدل مختلف سرریز گابیونی در یک فلوم آزمایشگاهی افقی به طول، عرض و ارتفاع به تر تیب برابر 15، 3/0 و 5/0 متر مورد بررسی قرار گرفت. آزمایش ها برای دامنه وسیعی از دبی، عمق بالادست، عمق پایین دست، اندازه مصالح، شیب بالادست و شیبپایین دست انجام شد. نتایج نشان داد در تمامی مدل های گابیونی با افزایش نسبت عمق پایین دست به عمق بالادست سرریز (Y2/Y1) فاکتور کاهش دبی، کاهش می یابد. به ازایمقدار ثابت نسبت (Y2/Y1)، افزایش شیب بالادست و یا پایین دست سرریز لبه پهن گابیونی، فاکتور کاهش دبی رو به افزایش می گذارد. هم-چنین اندازه مصالح تأثیر معنی داری بر فاکتور کاهش دبی ندارد. در این تحقیق با استفاده از رگرسیون غیر خطی رابطه ای با ضریب تعیین بین 12/0 تا 91/0 جهت محاسبه میزان فاکتور کاهش دبی ارایه شده است.

چکیدهمقدمه: مشکل اساسی که در پایین ­دست سازه­ های هیدرولیکی از جمله سرریزها وجود دارد، آبشستگی و حرکت مصالح بستر می باشد، یکی از انواع سرریزها، سرریزهای کلید پیانویی می­باشد. با توجه به آنکه شکل هندسی سرریز بر وضعیت آبشستگی پایین­ دست تأثیرگذار است به همین منظور در این تحقیق، آبشستگی پایین­ دست سرریزهای کلید پیانو با شکل هندسی ذوزنقه­­ ای مورد توجه بوده، مشخصات آبشستگی و نرخ تغییرات آن با تغییر زاویه دیواره جانبی سرریز مورد مقایسه قرار گرفت.روش: بدین منظور چهار مدل آزمایشگاهی از این نوع سرریزها ساخته و در یک فلوم آزمایشگاهی در شرایط دبی­ های مختلف مورد آزمایش قرار گرفت. همچنین جهت بررسی تأثیر عمق پایاب بر پروفیل آبشستگی، یکی از مدل­ها در سه عمق پایاب متفاوت بررسی شد.یافته­ ها: نتایج اندازه ­گیری مشخصه­ های آبشستگی نشان داد در سرریزهای کلید پیانو ذوزنقه ­ای، حداکثر عمق چاله زیر کلید خروجی ایجاد می ­شود و با افزایش دبی و کاهش عمق پایاب، ابعاد هندسی حفره آبشستگی در مدل­های ذوزنقه­ ای افزایش می یابد. همچنین در سرریزهای کلید پیانویی ذوزنقه­ ای، با افزایش زاویه دیواره جانبی سرریز، ابعاد هندسی چاله آبشستگی کاهش می­ یابد. به نحوی که در تمام دبی ­ها با افزایش هر 3 درجه زاویه دیواره جانبی سرریز کلید پیانویی، حداکثر عمق چاله آبشستگی به طور میانگین، 5 درصد، فاصله موقعیت مکانی حداکثر عمق چاله آبشستگی و طول دهانه چاله آبشستگی به ترتیب و به طور میانگین 8 و 3 درصد کاهش می­ یابد. همچنین وقتی 65%  گردد این اختلاف ناچیز می­ شود و تفاوت معنا­داری در شکل حفره آبشستگی بین مدل­ های سرریز کلید پیانویی وجود ندارد.