بررسي آزمايشگاهي آبشستگي پايين‌دست سرريز كليد پيانويي

سابقه و هدف: ﺳﺮرﻳﺰﻫﺎ سازه هاي ﻫﻴﺪروﻟﻴﻜﻲ ساده و ﭘﺮﻛﺎرﺑﺮد در انتقال آب و ﺳﻴﺴﺘﻢﻫﺎي آﺑﻴﺎري و زهكشي ﻫﺴﺘﻨﺪ. در ﺳﺪﻫﺎ ﺑﺮاي ﻋﺒﻮر آب اﺿﺎﻓﻲ ﻧﺎﺷﻲ از ﺳﻴﻼب و ﻛﻨﺘﺮل ﺳﻄﺢ آب ﻣﺨﺰن و همچنين در ﻛﺎﻧﺎلﻫﺎي آﺑﻴﺎري و زﻫﻜﺸﻲ ﺟﻬﺖ ﺗﻨﻈﻴﻢ ﺳﻄﺢ آب و اﻧﺪازه‌گيري دبي جريان اﺳﺘﻔﺎده مي‌شوند. سرريزهاي كليد پيانويي شكل جديدي از سرريزهاي با تاج طولاني هستند كه ﺳﺎﺧﺘﺎري ﺑﻪ ﻧﺴﺒﺖ ﺳﺎده، ﺳﺎزه‌اي اﻗﺘﺼﺎدي با راندمان بالا مي باشند. ﺑﻪ دﻟﻴﻞ ﻣﺰﻳﺖﻫﺎي اﻳﻦ ﺳﺮرﻳﺰ ﻟﺰوم ﻣﻄﺎﻟﻌﻪ و ﺗﺤﻘﻴﻖ روي آبشستگي پايين‌دست اﻳﻦ ﺳﺮرﻳﺰ اﺣﺴﺎس ﻣﻲﺷﻮد. آبشستگي در مجاورت سازه مي‌تواند تاثير مستقيمي بر پايداري سازه داشته باشد. به همين دليل، پيش‌بيني شكل و ابعاد حفره آبشستگي در پايين‌دست اين سازه‌ها مورد توجه محققين بوده است. در اين تحقيق آبشستگي پايين‌دست سرريز كليد پيانويي مورد مطالعه قرارگرفته است.مواد و روش‌ها: براي مطالعه آبشستگي در پايين دست سرريزهاي كليد پيانويي، از دو مدل فيزيكي با 5 و 9 كليد از اين نوع سرريز براي انجام آزمايش‌هايي تحت شرايط هيدروليكي مختلف استفاده شده است. آزمايش‌ها در فلومي به طول 10 متر و عرض و ارتفاع 50 سانتي‌متر انجام شده است. همچنين براي مقايسه ميزان آبشستگي در سرريزهاي كليد پيانويي نسبت به سرريزهاي خطي، آبشستگي پايين‌دست يك مدل سرريز لبه‌تيز با ارتفاع سانتي‌متر20 و عرض 50 سانتي‌متر به ازاي شرايط هيدروليكي متناظر با سرريزهاي كليد پيانويي نيز مطالعه شده است. بعد از برقراري تعادل، ميزان آبشستگي در پايين دست اين سرريزها مورد بررسي قرار گرفته است. با استفاده ار عمق سنج نقطه اي با دقت يك ميليمتر كه در بالاي كانال نصب شده، ابعاد چاله فرسايشي اندازه گيري شده است. بررسي تاثير عدد فرود ذره بر روي ميزان حداكثر عمق آبشستگي و محل وقوع آن مورد مطالعه قرار گرفته است. يافته‌ها: نتايج نشان مي‌دهد كه در سرريزهاي كليد پيانويي با افزايش طول موثر سرريز، عمق آب روي سرريز كاهش يافته و با كاهش سرعت برخورد جريان با بستر پايين دست سرريز مقدار عمق آبشستگي نيز كاهش مي يابد. پروفيل آبشستگي در عرض كانال متغير و به صورت سه‌بعدي مي‌باشد. نرخ افزايش عمق حفره وابسته به تعداد كليدهاي سرريز نيز مي‌باشد، يعني به ازاي يك عدد فرود ثابت و عمق پاياب ثابت، با افزايش تعداد كليدهاي سرريز، حداكثر عمق حفره و محل وقوع حداكثر عمق آبشستگي و حداكثر گسترش طول حفره آبشستگي نيز افزايش مي‌يابد. همچنين عمق آبشستگي در سرريزهاي كليد پيانويي كمتر از سرريزهاي معمولي خطي مي‌باشد. اين كاهش مقدار آبشستگي در پايين‌دست اين سرريزها حتي در عمق‌هاي پاياب كم نيز مشاهده شده است. كاهش عمق پاياب موجب افزايش حداكثر عمق آبشستگي و دور شدن محل وقوع حداكثر عمق آبشستگي از انتهاي كف‌بند مي‌شود. پروفيل حفره آبشستگي در سرريز كليد پيانويي تقريبا مشابه سرريزهاي خطي مي‌باشد و تنها تفاوت آن در ارتفاع تلماسه ايجاد شده در پايين‌دست حفره مي‌باشد. ارتفاع تلماسه ايجاد شده در سرريز كليد پيانويي حتي در عمق‌هاي پاياب زياد كمتر از سرريز لبه‌تيز است و همچنين با افزايش عدد فرود ذره، پارامترهاي حداكثر عمق آبشستگي و طول محل وقوع آن افزايش مي‌يابند. نتيجه گيري: در سرريز هاي كليد پيانويي كاهش عمق پاياب موجب افزايش حداكثر عمق آبشستگي و دور شدن محل وقوع حداكثر عمق آبشستگي از انتهاي كف‌بند مي‌شود. با افزايش عدد فرود ذره، مقدار حداكثر عمق آبشستگي، محل وقوع حداكثر عمق آبشستگي و حداكثر گسترش طول حفره آبشستگي، افزايش مي‌يابند. نرخ افزايش عمق حفره وابسته به تعداد كليدهاي سرريز نيز مي‌باشد، و در يك عدد فرود و عمق پاياب ثابت، با افزايش تعداد كليدهاي سرريز، حداكثر عمق حفره و محل وقوع حداكثر عمق آبشستگي نيز افزايش مي‌يابد