بررسی تاثیر بازشدگی دریچه سرریز اوجی بر آبشستگی موضعی پایین دست حوضچه های آرامش

مقدمه برای تخلیه آب اضافی، همچنین تخلیه سیلاب های بزرگ و جلوگیری از خسارات ناشی از سیل در سدها انواع مختلف سرریزها ساخته می شود. عبور جریان از روی سرریزها با اتلاف انرژی همراه است، با این حال مقداری انرژی مستهلک نشده باقی می ماند که موجب فرسایش بستر و ایجاد حفره در پایین دست می شود. از جمله سازه های هیدرولیکی که مورد توجه خاص مهندسان طراح قرار گرفته است، سرریزهای اوجی است. سرریزهای اوجی اولین بار در سدهای بتنی و سپس در سدهای خاکی توسعه یافته اند. این سرریزها در واقع نمونه ای ساده ای از آبراهه با ضریب زبری بالاست، با توجه به استهلاک کم انرژی در طول آن، در پنجه سد نیاز به استفاده از سازه های مستهلک کننده انرژی است. طی جریانی که از روی بدنه سرریز اوجی ریزش می کند، در محل پاشنه سازه، انرژی پتانسیل به انرژی جنبشی تبدیل می شود. توجه به اینکه پایین دست حوضچه های آرامش همواره در معرض آبشستگی قرار دارند لزوم بررسی روش های حفاظتی بستر پایین دست حوضچه اهمیت خاصی خواهد داشت. محققان و دانشمندان در دهه های گذشته به مطالعه پارامترهای موثر بر آبشستگی پایین دست حوضچه ها پرداختند. در این تحقیقات مکانیزم وقوع آبشستگی، اثر هندسی سازه و خصوصیات ذرات رسوبی بر ابعاد آبشستگی بررسی شده است. در تحقیق حاضر سعی شد درک بهتری از تاثیر دریچه نصب شده بر روی سرریز اوجی و آبشستگی در پایاب سرریز حاصل شود، در همین راستا مدلی از سرریز اوجی ساخته شد و آزمایشاتی طراحی و اجرا شد. مواد و روش ها درتحقیق حاضرجهت بررسی تاثیر ابعاد دریچه نصب شده بر روی تاج سرریز اوجی و آبشستگی پایاب سرریز، آزمایشاتی طراحی شد. به منظور انجام آزمایشات از فلوم سازمان آب و برق خوزستان، از جنس فلز و با دیواره ای از جنس پلاکسی گلاس و کف فلزی به طول ۷ متر و عرض ۶۰ سانتی متر و ارتفاع ۵۰ سانتی متر استفاده شده است، بطوریکه ۴۵ آزمایش بر روی تاثیر عوامل هندسی دریچه و دبی جریان بر میزان آبشستگی در پایین دست سرریز اوجی صورت گرفت. همچنین مقدار دبی با استفاده از سرریز مثلثی کالیبره شده و مانومتری که در انتهای فلوم نصب شده، اندازه گیری شد. به منظور قرائت ارتفاع سطح آب در قسمت های مورد نیاز از عمق یاب مستقر روی فلوم استفاده شد. برای آزمایشات ابتدا مدل آماده و نصب شد. سپس با باز کردن دریچه به دبی مشخص به مدت ۴۰ دقیقه صبر نموده تا شرایط جریان به حالت پایدار برسد، در ادامه مقدار ابعاد عرض و طول آبشستگی برداشت شده است. همچنین به منظور دستیابی به اهداف مد نظر در این پژوهش حاضر، ابتدا اقدام به معرفی پارامترهای حاکم بر هیدرولیک جریان سرریز اوجی شد و سپس پارامترهای حاکم موثر در این پژوهش با استفاده از روش π (باکینگهام) ارائه شد. نتایج و بحث بررسی نتایج تاثیر H/b بر Ds/Ls در شرایطی که عرض دریچه ثابت است نشان می دهد که با افزایش مقدار بازشدگی، مقدار عدد بدون بعد Ds/Ls کاهش می یابد به نحوی که با کاهش ۵۰۰ درصدی بازشدگی دریچه به مقدار %۵۵، نسبت Ds/Ls کاهش داشته است، در واقع می­توان گفت که با افزایش ۱ درصدی بازشدگی دریچه میزان آبشستگی ۱۱/۰ درصد کاهش می­یابد. همچنین می توان نتیجه گرفت که افزایش بازشدگی دریچه موجب افزایش بیشتر آبشستگی در طول می شود و در عمق اثر کمتری از خود نشان می دهد. همچنین بررسی تاثیر H/b بر Ds/Ls در شرایطی که بازشدگی دریچه ثابت است نشان می دهد که با افزایش عرض دریچه مقدار عدد بدون بعد Ds/Ls کاهش می یابد به نحوی که با افزایش ۴۰۰ درصدی عرض دریچه به مقدار % ۶۰ ،نسبت Ds/Ls کاهش می یابد همچنین تاثیر H/b بر عمق آبشستگی (Ds) نشان می دهد که با افزایش مقدار عرض دریچه میزان عمق چاله آبشستگی افزایش می یابد، به نحوی که با افزایش ۴۰۰ درصدی عرض دریچه، به میزان %۲۴ عمق آبشستگی افزایش می یابد. همچنین بررسی تاثیر H/b بر عمق آبشستگی (L) نشان می دهد که با افزایش مقدار عرض دریچه میزان طول آبشستگی هم افزایش می یابد، به نحوی که با افزایش ۴۰۰ درصدی عرض دریچه به میزان %۸۲ طول آبشستگی افزایش می یابد. نتایج نشان داد که افزایش بیشتر بازشدگی دریچه موجب افزایش آبشستگی در طول می شود و با افزایش دبی جریان نیز میزان Ds/Ls کاهش می یابد، به نحوی که با کاهش ۵۰ درصدی دبی جریان به میزان ۱۵٪ نسبت Ds/Ls افزایش می یابد. نتیجه گیری یکی از سازه های که در انتقال آب از اهمیت بالایی برخوردار است سرریزهای اوجی است که در بسیاری از شبکه های انتقال آب مورد استفاده قرار می گیرد. آبشستگی در پایین دست این سازه ها سبب شد تا محققین این پژوهش به بررسی تاثیر ابعاد و میزان بازشدگی دریچه های نصب شده بر روی سرریز اوجی و میزان آبشستگی در پایین دست این سازه بپردازند. به عبارت دیگرآبشستگی یکی از معضلات در سازه های آبی است که سبب ویران شدن این سازه ها و در بهترین شرایط سبب ایجاد افزایش رسوبات معلق در جریان رودخانه می شود. در این تحقیق به بررسی سرریز اوجی پرداخته شد و تاثیر این سازه بر مقدار آبشستگی در پایین دست مطالعه شد. با بررسی جامع مطالعات پیشین و انجام آنالیز ابعادی، پارامترهای بدون بعد موثر بر پدیده آبشستگی شناسایی و آزمایش­ها بر مبنای آن ها طرح ریزی شد. نتایج نشان می دهد که افزایش بازشدگی دریچه می­تواند تا ۵۵ درصد میزان عمق آبشستگی را افزایش دهد. همچنین عرض دریچه هر چه بیشتر شود میزان عمق آبشستگی را کاهش می­دهد به نحوی که با کاهش یک درصدی میزان آبشستگی، باید ۵/۶ درصد عرض دریچه را افزایش داد. همچنین با افزایش مقدار عرض دریچه میزان طول آبشستگی هم افزایش می یابد، به نحوی که با افزایش ۴۰۰ درصدی عرض دریچه به میزان %۸۲ طول آبشستگی افزایش می یابد. و با افزایش دبی جریان میزان Ds/Ls هم کاهش می یابد و با افزایش هر یک درصد از دبی جریان میزان Ds/Ls ،۳/۰ درصد کاهش می­یابد. همچنین افزایش عرض دریچه باعث رسوب گذاری بیشتر در طول و تاثیر کمتری در عمق می شود.

کلیدواژه ها:

: Scour ، Ogee spillway ، Gate ، Hydraulic jump ، : آبشستگی ، سرریز اوجی ، دریچه ، پرش هیدرولیکی