مطالعه آزمايشگاهي تاثير تراز پاياب بر ضريب دبي جريان در سرريزهاي كنگره‌اي با پلان ذوزنقه‌اي

Experimental investigation of the effect of tail water level on discharge coefficient of trapezoidal labyrinth weirs

سرريزه هاي كنگره اي اغلب گزينه اي مطلوب براي تنظيم تراز سطح آب در كانال بالادست و افزايش دبي جريان هستند. اين سازه ها به دليل عملكرد هيدروليكي و تطبيق پذيري هندسي شان، به عنوان تخليه كننده و هوادهنده جريان، كاربرد وسيعي در كانال ها، رودخانه ها، استخرها و مخازن سدها دارند. با وجود اين طراحي بهينه آنها به علت ويژگي هاي پيچيده جران و شمار زيادي از متغيرها هندسي و هيدروليكي، دشوار است. از جمله پارامترهاي اثرگذار بر ضريب دبي جريان در سرريزها، وضعيت رسوب گذاري در بالادست و استعراق در پايين دست است كه در نتيجه آن، عملكرد اين سازه ها تحت تاثير قرار مي گيرد. در اين پژوهش، با اجراي ۴۰۸ آزمايش، تاثير افزايش ترازهاي مختلف بستر باياب (افزايش تراز بستر كانال پايين دست به يك سوم و دو سوم ارتفاع سرريز) بر تغيير ضريب دبي جريان در سرريز كنگره اي پلان ذورنقه اي با هندسه هاي مختلف در شرايط بدون رسوب و تراز رسوب گذاري ۹۰درصد ارتفاع سرريز، به صورت آزمايشگاهي بررسي شد. تجزيه و تحليل نتايج به دست آمده نشان مي دهد كه افزايش تراز بستر باپاب به يك سوم ارتفاع سرريز، تاثيري بر ضريب دبي جريان در سرريزهاي مورد مطالعه ندارد اما با افزايش تراز بستر پاياب به دو سوم ارتفاع سرريز، به دليل كاهش حجم توده هواي محبوس در زير تيغه هاي ريزشي جريان و در نتيجه تغيير الگوي ريزشي جريان از حالت جهنده به چسبنده كه افت هد جريان را در بالادست اين سرريزها به دنبال دارد. ضريب دبي جريان در سرريزهاي كنگره اي ذورنقه اي در شرايط بدون رسوب بين ۳/۳ تا ۱۲/۲ درصد و تراز رسوب گذاري ۹۰درصد ارتفاع سرريز در بالادست بين ۲/۱ تا ۹/۲ درصد نسبت به شراي پاياب غير مستغرق در دبي حداكثر افزايش مي يابد. همچنين، براي برآورد ضريب دبي جريان سرريزهاي كنگره اي پلان ذورنقه اي در شرايط رسوب گذاري در بالادست و پاياب مستغرق معادله اي ارائه شده است.

Labyrinth weirs are often a favorable design option to regulate upstream water elevations and increase flow capacity; nevertheless, it can be difficult for engineer to optimal design due to the complexities of nappe behavior, many geometric design and hydraulic variables. A level of sedimentation in upstream and submergence in downstream of the weirs are parameters, which affects on the performance of these structures. In this research the effect of different levels of tail water (one third and two third of weir height) and upstream sedimentation level (non-sedimentation and in sedimentation level of 90 percent of weir height) on the discharge coefficient of different geometers of trapezoidal labyrinth weirs for two conditions, that was investigated experimentally. The analysis of results indicated that increasing tail water depth to one third of weir height didn’t affect on the discharge coefficient of weirs. by increasing tail water depth to two third of weir height, air cavity volume under nappe decreased. Therefore, the flow pattern of the nappe changed from leaping to clinging condition and upstream head decreased. As a result, the labyrinth weirs discharge coefficient in non-sedimentation and sedimentation level of 90 percent of weir height increased about 3.3 to 12.2 and 2.1 to 9.2 in maximum discharge, respectively in comparison un-submergence tail water. The statistical equation for estimation of the discharge coefficient of trapezoidal labyrinth weirs for upstream sedimentation and submerged conditions was developed.