بررسي آزمايشگاهي هيدروليك جريان زلال در آبگيرهاي كف متخلخل

Experimental Study on Hydraulic Characteristics of Porous Bottom Intake in Clear Water

آبگيرهاي كفي يكي ازمعمول ترين سازه هاي انحراف آب در رودخانه هاي با شيب تند مي باشد. به دليل مشكلاتي چون ناپايداري جريان، گرفتگي دهانه آبگير توسط شاخ و برگ درختان يا رسوبات، يخ زدگي، پوسيدگي، لرزش و زنگ زدگي ميله ها در آبگيرهاي كف مشبك، پيشنهاد استفاده از آبگيرهاي كف متخلخل به عنوان نوع جديدي از آبگيرهاي كفي مطرح گرديده است. در اين پژوهش با ساخت مدل آزمايشگاهي، دبي منحرف شده در شرايط مختلف دبي كل، دانه بندي محيط متخلخل، شيب سطح فوقاني، طول و ارتفاع آبگير، اندازه گيري و پارامترهاي موثر شناسايي گرديد. همچنين روابط ارايه شده در تحقيقات گذشته با نتايج حاصل از آزمايشات جديد مقايسه و علت عدم تطابق اين روابط مورد بررسي قرار گرفت. با توجه به عدم جوابگويي مدلهاي گذشته، با استفاده از روش تجزيه و تحليل ابعادي و رگرسيون چند متغيره بين مشاهدات آزمايشگاهي، معادلات جديدي براي تخمين دبي انحرافي و ضريب آبگذري، ارايه گرديد. برخلاف مدلهاي پيشين، مدل رياضي ارايه شده كاملاً با مباني هيدروليكي رفتار آبگيرهاي كف متخلخل و نتايج آزمايشگاهي تطابق داشته و قابليت تعميم در شرايط واقعي را دارا مي باشد.

Bottom intakes are hydraulic structures widely adopted for diverting water in steep rivers. The problems of vibration, corrosion, deformity, and clogging of the bottom racks by sediment, freezing and foliage inspire a new system of bottom intake in which a filled trench of porous media replaces the bottom racks. In the present paper we have analyzed the data obtained from a systematic series of experiments carried out in a laboratory two-story flume. Measurements of the diverted discharge were performed for different rates of flow, grain size distributions, surface slopes and dimensions of intake as well as important factors. Also the relationships presented in previous studies, are compared with the results of new experiments and the characteristics of the physical behavior of these equations are investigated. Due to lack of the validity in previous models, a new equation for estimating discharge coefficient and flow diversion in porous bottom intake is presented, by using dimensional analysis and multivariate regression with experimental observations. The robustness of the proposed relationship is confirmed by the principles of hydraulic behavior of this intake and the comparison between the calculated discharges through the proposed relationship and those measured in an extensive series of experiments, characterized by ranges of the relevant flow parameters much larger than those investigated in the present contribution.