مطالعه آزمايشگاهي و عددي مشخصات هيدروليكي جريان عبوري از سرريز لبه تيز در اثر بالا آمدگي بستر بالادست

سابقه و هدف: سرريزهاي لبه تيز يكي از سازه هاي اندازه گيري، انحراف و كنترل سطح آب در پروژه هاي هيدروليكي، آبي و زيست محيطي هستند. بنابراين بررسي ويژگي و خصوصيات آنها از جمله خصوصيات هيدروليكي از مباحث مهم در طراحي اين سازه ها مي باشد. تاكنون مطالعات متنوع و زيادي در خصوص سرريزهاي لبه تيز صورت پذيرفته است. در خصوص تاثير ناهمترازي طرفين رقوم بستر روي خصوصيات هيدروليكي سرريزها، مطالعات محدودي انجام شده است. در سرريزهاي لبه تيز نيز همچون ساير سرريزها ناهمترازي طرفين (نظير آبشار تنطيم كننده ) باعث تغيير در خصوصيات هيدروليكي شده كه بايد مورد مطالعه قرار گيرند. مواد و روش ها: آزمايش هاي تحقيق صورت گرفته در آزمايشگاه هيدروليك پژوهشكده حفاظت خاك و آبخيزداري (وزارت جهاد كشاورزي) انجام گرديد. آزمايش ها در فلوم به طول 14 متر، عرض 60 سانتي متر و ارتفاع 50 سانتي-متر انجام شد. سرريز لبه تيز داراي جنس پلكسي گلاس به ضخامت 6 ميليمتر، لبه تيز به ضخامت 2 ميليمتر ، ارتفاع 20 سانتي متر و طول 60 سانتي متر بود. با مصالح مناسب رقوم بستر بالادست سرريز در سه مرحله تا ارتفاع 5، 10 و 15 سانتيمتر بالا آورده شد و در هر مرحله مقادير رقوم تاج سرريز و سطح آب در بالادست و پايين دست در دبي-هاي مختلف برداشت و مشخصات هيدروليكي بدست آمد. در ادامه براي تعميم نتايج از ديناميك سيالات محاسباتي (CFD ) استفاده شد يافته ها: نتايج تطابق خوبي بين مقادير آزمايشگاهي و شبيه سازي عددي نشان داد. روند تغييرات ضريب آبگذري از دو روش يكسان بود. حداكثر اختلاف در مقادير H بدست آمده در دبي هاي برابر از دو روش فوق 11% بود كه قابل قبول مي باشد. مشاهده شد كه با افزايش رقوم بستر بالادست عمق جريان بالادست كاهش، سرعت و عدد فرود جريان افزايش خواهد يافت اما در نسبتهاي بالاآمدگي بستر بالادست كمتر از 0.75 (Z/P0. 5) را با اندكي اغماض مي توان براي تمامي موارد مقدار متوسط 0.73 را در نظر گرفت. با افزايش دبي در نسبتهاي مختلف از بالاآمدگي بستر بالادست اعداد فرود همگرا مي شوند. در حالت خاصي كه بستر بالادست هم تراز تاج باشد (دراپ عمودي يا Z/P=1) مقدار ضريب آبگذري برابر مقدار ثابت 0.6 خواهد بود كه كمترين ضريب از بين حالتهاي بررسي شده مي باشد كه با ضريب آبگذري سرريزهاي لبه پهن مطابقت دارد و بنابراين در اين حالت رقوم سطح آب نسبت به حالت هاي ديگر در دبي هاي يكسان افزايش خواهد يافت كه با افزايش دبي اين اختلاف ها بيشتر خواهد بود. در اين حالت عدد فرود نيز برابر مقدار ثابت F_r=0.94C_d خواهد بود. نتيجه گيري: به طور خلاصه ميتوان چنين نتيجه گرفت با افزايش رقوم بستر بالادست عدد فرود افزايش خواهد يافت و در نتيجه تيغه ريزشي افقي تر مي شود. در محدوده H/P≥0.5، به استثناي زماني كه Z/P به سمت يك ميل مي كند، در بقيه موارد افزايش رقوم بستر بالادست و همچنين افزايش H/P تاثير قابل ملاحظه اي روي ضريب دبي ندارند. در دامنه ( Z/P 0.75 ) تغييرات رقوم بستر بالادست روي ضريب آبگذري تاثير ندارند. در حالت خاص Z/P = 1 نيز هر دو مقادير ضريب آبگذري و عدد فرود همواره ثابت و به ترتيب 6.0 و 56.0 هستند.