بررسي تأثير بازشدگي دريچه سرريز اوجي بر آبشستگي موضعي پايين‌دست حوضچه‌هاي آرامش

مقدمه براي تخليه آب اضافي، همچنين تخليه سيلاب‌هاي بزرگ و جلوگيري از خسارات ناشي از سيل در سدها انواع مختلف سرريزها ساخته مي‌شود. عبور جريان از روي سرريزها با اتلاف انرژي همراه است، با اين حال مقداري انرژي مستهلك نشده باقي مي‌ماند كه موجب فرسايش بستر و ايجاد حفره در پايين‌دست مي‌شود. از جمله سازه‌هاي هيدروليكي كه مورد توجه خاص مهندسان طراح قرار گرفته است، سرريزهاي اوجي است. سرريزهاي اوجي اولين بار در سدهاي بتني و سپس در سدهاي خاكي توسعه يافته‌اند. اين سرريزها در واقع نمونه‌اي ساده‌اي از آبراهه با ضريب زبري بالاست، با توجه به استهلاك كم انرژي در طول آن، در پنجه سد نياز به استفاده از سازه‌هاي مستهلك‌كننده انرژي است. طي جرياني كه از روي بدنه سرريز اوجي ريزش مي‌كند، در محل پاشنه سازه، انرژي پتانسيل به انرژي جنبشي تبديل مي‌شود. توجه به اينكه پايين‌دست حوضچه‌هاي آرامش همواره در معرض آبشستگي قرار دارند لزوم بررسي روش‌هاي حفاظتي بستر پايين‌دست حوضچه اهميت خاصي خواهد داشت. محققان و دانشمندان در دهه‌هاي گذشته به مطالعه پارامترهاي مؤثر بر آبشستگي پايين‌دست حوضچه‌ها پرداختند. در اين تحقيقات مكانيزم وقوع آبشستگي، اثر هندسي سازه و خصوصيات ذرات رسوبي بر ابعاد آبشستگي بررسي شده است. در تحقيق حاضر سعي شد درك بهتري از تأثير دريچه نصب شده بر روي سرريز اوجي و آبشستگي در پاياب سرريز حاصل شود، در همين راستا مدلي از سرريز اوجي ساخته شد و آزمايشاتي طراحي و اجرا شد. مواد و روش‌ها درتحقيق حاضرجهت بررسي تأثير ابعاد دريچه نصب شده بر روي تاج سرريز اوجي و آبشستگي پاياب سرريز، آزمايشاتي طراحي شد. به منظور انجام آزمايشات از فلوم سازمان آب و برق خوزستان، از جنس فلز و با ديواره‌ اي از جنس پلاكسي گلاس و كف فلزي به طول ۷ متر و عرض ۶۰ سانتي‌متر و ارتفاع ۵۰ سانتي‌متر استفاده شده است، بطوريكه ۴۵ آزمايش بر روي تأثير عوامل هندسي دريچه و دبي جريان بر ميزان آبشستگي در پايين دست سرريز اوجي صورت گرفت. همچنين مقدار دبي با استفاده از سرريز مثلثي كاليبره شده و مانومتري كه در انتهاي فلوم نصب شده، اندازه گيري شد. به منظور قرائت ارتفاع سطح آب در قسمت‌هاي مورد نياز از عمق‌ياب مستقر روي فلوم استفاده شد. براي آزمايشات ابتدا مدل آماده و نصب شد. سپس با باز كردن دريچه به دبي مشخص به مدت ۴۰ دقيقه صبر نموده تا شرايط جريان به حالت پايدار برسد، در ادامه مقدار ابعاد عرض و طول آبشستگي برداشت شده است. همچنين به منظور دستيابي به اهداف مد نظر در اين پژوهش حاضر، ابتدا اقدام به معرفي پارامترهاي حاكم بر هيدروليك جريان سرريز اوجي شد و سپس پارامترهاي حاكم مؤثر در اين پژوهش با استفاده از روش π (باكينگهام) ارائه شد. نتايج و بحث بررسي نتايج تأثير H/b بر Ds/Ls در شرايطي كه عرض دريچه ثابت است نشان مي‌دهد كه با افزايش مقدار بازشدگي، مقدار عدد بدون بعد Ds/Ls كاهش مي‌يابد به نحوي كه با كاهش ۵۰۰ درصدي بازشدگي دريچه به مقدار %۵۵، نسبت Ds/Ls كاهش داشته است، در واقع مي توان گفت كه با افزايش ۱ درصدي بازشدگي دريچه ميزان آبشستگي ۱۱/۰ درصد كاهش مي يابد. همچنين مي‌توان نتيجه گرفت كه افزايش بازشدگي دريچه موجب افزايش بيشتر آبشستگي در طول مي‌شود و در عمق اثر كمتري از خود نشان مي‌دهد. همچنين بررسي تأثير H/b بر Ds/Ls در شرايطي كه بازشدگي دريچه ثابت است نشان مي‌دهد كه با افزايش عرض دريچه مقدار عدد بدون بعد Ds/Ls كاهش مي‌يابد به نحوي كه با افزايش ۴۰۰ درصدي عرض دريچه به مقدار % ۶۰ ،نسبت Ds/Ls كاهش مي‌يابد همچنين تأثير H/b بر عمق آبشستگي (Ds) نشان مي‌دهد كه با افزايش مقدار عرض دريچه ميزان عمق چاله آبشستگي افزايش مي‌يابد، به نحوي كه با افزايش ۴۰۰ درصدي عرض دريچه، به ميزان %۲۴ عمق آبشستگي افزايش مي‌يابد. همچنين بررسي تأثير H/b بر عمق آبشستگي (L) نشان مي‌دهد كه با افزايش مقدار عرض دريچه ميزان طول آبشستگي هم افزايش مي‌يابد، به نحوي كه با افزايش ۴۰۰ درصدي عرض دريچه به ميزان %۸۲ طول آبشستگي افزايش مي‌يابد. نتايج نشان داد كه افزايش بيشتر بازشدگي دريچه موجب افزايش آبشستگي در طول مي‌شود و با افزايش دبي جريان نيز ميزان Ds/Ls كاهش مي‌يابد، به نحوي كه با كاهش ۵۰ درصدي دبي جريان به ميزان ۱۵٪ نسبت Ds/Ls افزايش مي‌يابد. نتيجه‌گيري يكي از سازه‌هاي كه در انتقال آب از اهميت بالايي برخوردار است سرريزهاي اوجي است كه در بسياري از شبكه‌هاي انتقال آب مورد استفاده قرار مي‌گيرد. آبشستگي در پايين‌دست اين سازه‌ها سبب شد تا محققين اين پژوهش به بررسي تأثير ابعاد و ميزان بازشدگي دريچه‌هاي نصب شده بر روي سرريز اوجي و ميزان آبشستگي در پايين‌دست اين سازه بپردازند. به عبارت ديگرآبشستگي يكي از معضلات در سازه‌هاي آبي است كه سبب ويران شدن اين سازه‌ها و در بهترين شرايط سبب ايجاد افزايش رسوبات معلق در جريان رودخانه مي‌شود. در اين تحقيق به بررسي سرريز اوجي پرداخته شد و تأثير اين سازه بر مقدار آبشستگي در پايين‌دست مطالعه شد. با بررسي جامع مطالعات پيشين و انجام آناليز ابعادي، پارامترهاي بدون بعد مؤثر بر پديده آبشستگي شناسايي و آزمايش ها بر مبناي آن‌ها طرح‌ريزي شد. نتايج نشان مي‌دهد كه افزايش بازشدگي دريچه مي تواند تا ۵۵ درصد ميزان عمق آبشستگي را افزايش دهد. همچنين عرض دريچه هر چه بيشتر شود ميزان عمق آبشستگي را كاهش مي دهد به نحوي كه با كاهش يك درصدي ميزان آبشستگي، بايد ۵/۶ درصد عرض دريچه را افزايش داد. همچنين با افزايش مقدار عرض دريچه ميزان طول آبشستگي هم افزايش مي‌يابد، به نحوي كه با افزايش ۴۰۰ درصدي عرض دريچه به ميزان %۸۲ طول آبشستگي افزايش مي‌يابد. و با افزايش دبي جريان ميزان Ds/Ls هم كاهش مي‌يابد و با افزايش هر يك درصد از دبي جريان ميزان Ds/Ls ،۳/۰ درصد كاهش مي يابد. همچنين افزايش عرض دريچه باعث رسوب گذاري بيشتر در طول و تاثير كمتري در عمق مي شود.