برآورد آزمایشگاهی ضریب دبی در آبگیرهای کفی با محیط متخلخل

سابقه و هدف: یکی از روش‌های مناسب برای آبگیری از رودخانه‌های کوهستانی، بکارگیری آبگیر کفی مشبک می-باشد. از اشکال مختلف آبگیرهای کفی که تاکنون کمتر مورد مطالعه قرار گرفته، استفاده از آبگیرهای کفی با محیط متخلخل است که بلحاظ کاهش مشکلات کف‌های مشبک و هزینه کم طراحی و اجرا می‌تواند جایگزین مناسبی برای آبگیرهای کفی مشبک باشد. با توجه به جدید بودن ایده استفاده از آبگیر کفی با محیط متخلخل و محدودیت اطلاعات کافی جهت طراحی و ساخت این نوع آبگیر در پژوهش حاضر سعی شده است با در نظر گرفتن شرایط منطبق بر واقعیت رفتار هیدرولیکی این آبگیرها مورد بررسی قرار گیرد . مواد و روش‌ها: به منظور مدل کردن آبگیر کفی با محیط متخلخل و انجام آزمایش‌ها از یک کانال آزمایشگاهی با طول 10 متر، عرض 30 سانتی‌متر و ارتفاع 50 سانتی‌متر با جدار شیشه‌ای بعنوان کانال اصلی و کانالی شیشه‌ای با طول 1 متر، عرض 45 سانتی‌متر و ارتفاع 50 سانتی‌متر بعنوان کانال انحراف استف اده شد. جهت تعبیه آبگیر در فاصله 5 متری از ابتدای کانال اصلی با در نظر گرفتن یک فضا خالی به گونه‌ای که در این فضا امکان اجرای سه طول cm45= L3، cm30=L2 ، cm15=L1 ، سه ارتفاع cm20= H3، cm15=H2 ، cm10=H1 و سه شیب %20= S3، %10= S2 ، %0=S1 برای آبگیر فراهم بود، استفاده شد. محیط داخل آبگیر از 4 نوع دانه بندی با قطر متوسط mm 75/17=P4 ، mm 30/15=P3 ، mm 41/13=P2 ، mm72/9 =P1 پرگردید . در هر آزمایش با عبور دبی‌های مختلف از روی آبگیر و اندازه‌گیری میزان دبی انحرافی، نسبت‌های دبی منحرف شده به دبی کل ( ) در مقابل دبی کل جریان بالادست ( ) برای مدل‌های مختلف آبگیر ترسیم و تاثیر پارامترهای مختلف بر میزان دبی منحرف شده توسط آبگیر کف متخلخل مورد بررسی قرار گرفت. برای اندازه‌گیری دبی از سرریزهای لبه تیز مستطیلی واقع در ابتدا و انتهای کانال اصلی استفاده شد. یافته‌ها: نتایج آزمایش‌ها حاکی از آن بود که با افزایش دبی ورودی میزان دبی انحرافی افزایش می‌یابد اما نسبت دبی انحرافی به دبی ورودی روند کاهشی دارد. افزایش قطر سنگدانه‌ها محیط آبگیر افزایش دبی انحرافی از آبگیر را بهمراه دارد به گونه‌ای که بیشترین میزان دبی انحرافی مربوط به دانه بندی نوع P4 بود که این امر ناشی از بیشتر بودن فضاهای خالی در این دانه بندی بندی است. افزایش ضریب یکنواختی مصالح داخل آبگیر موجب پرشدن خلل و فرج و کاهش تخلخل و بتبع آن کاهش مجاری عبور جریان و تقلیل دبی انحرافی از آبگیر شد. بررسی دبی انحرافی برای طول و ارتفاعات مختلف آبگیر نشان داد که افزایش طول آبگیر از L1 به L3 و نیز افزایش ارتفاع آبگیر از H1 به H3 موجب افزایش دبی انحرافی می‌گردد. میزان جریان انحرافی با افزایش شیب سطح آبگیر روند کاهشی دارد. این کاهش می‌تواند ناشی از تغییر ناگهانی شیب سطح آبگیر در محل ورود جریان به ناحیه محیط متخلخل و جداشدگی جریان در این ناحیه باشد. نتیجه‌گیری: بر اساس تحلیل ابعادی و داده‌های بدست آمده از آزمایش‌ها و استفاده از برازش چند متغیره بین پارامترهای بی بعد استخراج شده رابطه‌ای برای محاسبه ضریب دبی آبگیر کفی متخلخل با ضریب تبیین915/0ارائه گردید. مقایسه نتایج ضریب دبی جریان اندازه‌گیری شده و نتایج محاسباتی همبستگی مناسب بین داده‌های آزمایشگاهی و مقادیر ریاضی تخمین شده را نشان می‌دهد.